Es gibt neue Hinweise zur „Entstehung des Mondes“. Woher kommt dieser mysteriöse Planet?

Wie ist der Mond entstanden?

Die derzeit gängigste Hypothese ist die „Giant-Impact-Hypothese“.

Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren traf ein marsgroßer Körper namens Theia die junge Erde und schleuderte Teile der Erde (hauptsächlich den Erdmantel) ins Universum, wodurch der Mond entstand.

Abbildung｜Theia trifft die Erde. (Quelle: Wikipedia)

Bisherige Belege für die „Hypothese des Rieseneinschlags“ stammten von Mondgestein, das im Rahmen des Apollo-Projekts mitgebracht wurde. Die Zusammensetzung der Sauerstoffisotope war fast identisch mit der im Erdmantel.

Nun haben Wissenschaftler neue Hinweise, die die „Hypothese des Rieseneinschlags“ über die Entstehung des Mondes weiter stützen.

In einer neuen Studie haben Geochemiker, Kosmochemiker und Geologen der ETH Zürich in Mondmeteoriten Edelgase (auch Inertgase genannt) aus dem Erdmantel entdeckt – Helium und Neon.

Die entsprechende Forschungsarbeit mit dem Titel „Indigene Edelgase im Inneren des Mondes“ wurde in der maßgeblichen wissenschaftlichen Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

(Quelle: Science Advances)

4 Hypothesen

Was die Entstehung des Mondes betrifft, haben Wissenschaftler neben der „Hypothese des Rieseneinschlags“ auch nacheinander die „Einfangshypothese“, die „homologe Hypothese“ und die „Split-Hypothese“ vorgeschlagen, die jedoch alle gewisse theoretische Mängel aufweisen.

Bei der „Einfangshypothese“ gehen Wissenschaftler davon aus, dass der Mond einer der vielen kosmischen Körper ist, die in der Frühzeit des Sonnensystems entstanden sind. Wie andere Himmelskörper schwebte auch er in einer Umlaufbahn, bis er eines Tages von der Schwerkraft der Erde angezogen wurde und aus seiner ursprünglichen Umlaufbahn ausbrach. Dadurch wurde er zum einzigen natürlichen Satelliten der Erde.

Damit diese Hypothese jedoch zutrifft, müsste die Erde über eine sehr dichte Atmosphäre verfügen, die die Energie des Mondvorbeiflugs absorbiert und seine Bewegung verlangsamt.

Die „Hypothese des homologen Ursprungs“ erzählt eine andere Geschichte, nämlich dass die Erde und der Mond aus derselben ursprünglichen Akkretionsscheibe entstanden sind.

Allerdings kann diese Hypothese weder den Mangel an metallischem Eisen auf dem Mond noch den hohen Drehimpuls des Erde-Mond-Systems erklären.

Die „Split-Hypothese“ weist auch gewisse theoretische Mängel auf. Sie besagt, dass die Erde aufgrund ihrer eigenen schnellen Rotation zerbrach und die zerbrochenen Teile zum Mond wurden.

Um jedoch eine so große Zentrifugalkraft zu erzeugen, muss sich die Erde von Anfang an mit extrem hoher Geschwindigkeit drehen.

Wissenschaftler gehen bei der „Hypothese des Rieseneinschlags“ davon aus, dass es in der Frühzeit des Sonnensystems häufig zu gewaltigen Einschlägen kam. Computersimulationen des Rieseneinschlagsmodells deuten darauf hin, dass das durch einen solchen Einschlag entstehende Doppelsternsystem über einen ausreichenden Drehimpuls verfügen würde, um den Bahnparametern des gegenwärtigen Erde-Mond-Systems zu entsprechen. Dies könnte auch erklären, warum der Mond einen relativ kleinen Kern hat.

Abbildung ｜ Eine einfache Beschreibung der „Big Impact Hypothesis“. (Quelle: Wikipedia)

Darüber hinaus lässt sich mit dieser Hypothese auch der Unterschied in der Zusammensetzung von Erde und Mond vernünftig erklären: Die meisten Bestandteile des Mondes stammen von Himmelskörpern aus der Zeit vor dem Einschlag und nicht von der ursprünglichen Erde.

Allerdings ist diese Hypothese noch nicht perfekt. So haben Untersuchungen an Meteoriten beispielsweise gezeigt, dass sich die Sauerstoff- und Wolframisotopenzusammensetzungen anderer Himmelskörper im inneren Sonnensystem, wie etwa Mars und Vesta, von denen der Erde unterscheiden, während die Erde und der Mond sehr ähnliche Isotopenzusammensetzungen aufweisen.

Eine plausible Erklärung ist, dass der Einschlag, der zur Bildung des Erde-Mond-Systems führte, Materialien vermischte, die während der Entstehung von Erde und Mond verflüchtigt worden waren, wodurch möglicherweise die Isotopenzusammensetzung der beiden Körper ausgeglichen wurde. Diese Erklärung bleibt jedoch umstritten.

Auch wenn die „Hypothese des Rieseneinschlags“ nicht perfekt ist, könnte sie gegenwärtig die umfassendste Erklärung für die Entstehung des Mondes sein. Zu ihrer Untermauerung werden in Zukunft noch weitere Beweise nötig sein.

Neue Erkenntnisse stützen die „Hypothese des Rieseneinschlags“

Edelgase sind Elemente der Gruppe 18 im Periodensystem. Sie haben ähnliche Eigenschaften. Bei normaler Temperatur und normalem Druck sind sie farb- und geruchlose einatomige Gase und können nur schwer chemische Reaktionen eingehen. Es gibt sechs natürlich vorkommende Edelgase, nämlich Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe) und Radon (Rn).

Die wichtigsten industriellen Anwendungen von Edelgasen sind Beleuchtungsgeräte, Schweißgeräte und die Weltraumforschung. Als Schutzgas wird beispielsweise in Glühlampen ein Gemisch aus Argon und Stickstoff eingefüllt; Krypton wird häufig in Hochleistungsglühlampen mit höherer Farbtemperatur und Effizienz verwendet, da es die Verdampfungsrate des Glühfadens verringern kann; Durch das Einfüllen verschiedener Edelgase in Entladungslampen können unterschiedliche Lichtfarben erzeugt werden, wie sie beispielsweise bei den Neonlampen in Neonreklamen häufig vorkommen.

In dieser Arbeit verwendete das Forschungsteam ein Edelgas-Massenspektrometer, um Glaspartikel im Submillimeterbereich (die beim Abkühlen von Basalt entstehen) in Meteoritenproben zu messen und den Sonnenwind als Quelle der nachgewiesenen Gase auszuschließen.

Patrizia Will, die Erstautorin und korrespondierende Autorin des Artikels, analysierte sechs in der Antarktis gesammelte Mondmeteoritenproben. Diese Proben wurden von der NASA in der „kalten Wüste“ der Antarktis gesammelt. Über die Gründe ihrer Entstehung kann wie folgt spekuliert werden: Aufgrund des fehlenden atmosphärischen Schutzes wird die Mondoberfläche ständig von Asteroiden getroffen. Durch einen energiereichen Einschlag wurden Gesteinsfragmente aus der mittleren Schicht des Lavastroms herausgeschleudert, die schließlich in Form von Meteoriten auf die Erde gelangten.

Diese Meteoriten bestehen aus Basalt, der entstand, als Magma aus dem Inneren des Mondes aufstieg und schnell abkühlte. Da sie nach ihrer Entstehung von weiteren Basaltschichten bedeckt wurden, waren sie vor Schäden durch kosmische Strahlung, insbesondere den Sonnenwind, geschützt.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Glaspartikel die chemischen Fingerabdrücke (Isotopensignaturen) von Sonnengasen enthielten: Helium und Neon aus dem Inneren des Mondes, und der nachgewiesene Helium- und Neongehalt war viel höher als erwartet.

Abbildung | LAP 02436-Probenscheibe unter kreuzpolarisiertem Licht. (Quelle: ETH Zürich)

Diese Entdeckung stützt nachdrücklich die Ansicht, dass der Mond die natürlich vorkommenden Edelgase von der Erde „erbt“. „Das ist ein aufregendes Ergebnis, und das Basaltmaterial steht in keinerlei Zusammenhang mit irgendwelchen Vorkommen auf der Mondoberfläche“, sagte Will.

Henner Busemann, einer der Autoren der Studie und Professor an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, sagte hierzu: „In zukünftigen Arbeiten wird das Forschungsteam weiterhin nach anderen Edelgasen in Mondmeteoriten suchen, etwa Xenon und Krypton, sowie nach anderen flüchtigen Elementen wie Wasserstoff oder Halogenen.“

„Diese Entdeckung könnte Geochemikern und Geophysikern dabei helfen, neue Modelle zu entwickeln und allgemeiner zu zeigen, wie diese äußerst flüchtigen Elemente die Entstehung von Planeten innerhalb und außerhalb unseres Sonnensystems überstanden haben.“

Quellen:

https://www.eurekalert.org/news-releases/961341

https://en.wikipedia.org/wiki/Giant-impact_hypothese