Zwillings-Kollision: Der Mond ist der Erde in seiner Zusammensetzung ähnlicher als er sein dürfte. Denn er entstand aus den Trümmern einer Kollision der Erde mit einem Protoplaneten. Doch von diesem anderen Objekt findet sich in ihm keine Spur – so dachte man jedenfalls. Jetzt haben Forscher dafür eine Erklärung gefunden: Der Protoplanet war eine Art kleinerer Zwilling der Erde, wie sie im Fachmagazin „Nature“ berichten. Deshalb war seine Zusammensetzung so identisch.
Unser Mond verdankt seine Existenz einer kosmischen Katastrophe: Vor rund 4,5 Milliarden Jahren entstand er bei einer Kollision der Erde mit einem marsgroßen Protoplaneten – so die gängige Theorie. Bei diesem Treffer wurde der Impaktor komplett zerstört, seine Trümmer sammelten sich zusammen mit kleineren Anteilen von irdischem Krusten- und Mantelgestein in einer Umlaufbahn um die Erde. Aus diesen bildete sich dann der Mond, der damit zu rund drei Vierteln aus Gesteinsmaterial des einstigen Protoplaneten bestehen müsste.
Zu ähnlich für die Theorie?
Doch diese Theorie hat einen Haken: Mond und Erde sind sich zu ähnlich. Die Isotopen-Zusammensetzungen einiger Elemente, darunter Silizium, Chrom, Wolfram und Titan, sind nahezu identisch. Normalerweise aber hat jeder Himmelskörper im Sonnensystem seine eigene, typische Isotopensignatur, selbst Asteroiden. „Das stellt das Giant-Impakt-Modell der Mondentstehung vor erhebliche Schwierigkeiten“, erklären Alessandra Mastrobuono-Battisti vom Israel Institute of Technology in Haifa und ihre Kollegen.
Die Wahrscheinlichkeit, dass der Protoplanet zufällig der Erde so ähnlich war, lag nach bisherigen Erkenntnissen bei gerade mal rund einem Prozent – zu selten, um der Theorie eine komfortable Basis zu geben. Einige Forscher vermuteten deshalb, dass der Mond doch aus einem höheren Anteil von Erdmaterial gebildet wurde, als nach gängiger Theorie postuliert. 2014 stießen Forscher dann doch auf einen sehr kleinen Unterschied bei den Sauerstoff-Isotopen, warum alle anderen so gleich sind, bleib aber unklar.
Blick zurück in die Urwolke
Um dieses Dilemma zu lösen, haben die Forscher das Verhalten und die möglichen Zusammensetzungen von Gesteinsbrocken in der Urwolke noch einmal genauer untersucht. Für ihre Studie bildeten sie die Akkretionsscheibe des frühen Sonnensystems im Computermodell nach. Rund 85 bis 90 Planetenembryos und rund 1.000 bis 2.000 Planetesimalen kreisten darin zwischen 0,5 und 4,5 astronomischen Einheiten von der Sonne entfernt. Mit diesem Bestand simulierten die Forscher die Akkretion und Bildung der Planeten – und auch die Phase, in der der Mond entstand.
Wie sich zeigte, kollidierten ähnlich wie in der Realität die Planetenbausteine miteinander und bildeten so nach und nach drei bis vier Planeten. „Jeder Planet akkretierte dabei eine große Mengen von Planetesimalen“, berichten Mastrobuono-Battisti und ihre Kollegen. Nun untersuchten sie, aus welchem Einzugsbereich in der Urwolke dieser Einschläge stammten, denn der Abstand zur Sonne spielt eine entscheidende Rolle für die Zusammensetzung der Brocken.
Kollision mit einem Erdzwilling
Und tatsächlich fanden die Forscher entscheidende Abweichungen zur bisherigen Theorie. Vor allem die letzten großen Einschlagskörper waren den Planeten, mit denen sie kollidierten, auffallend ähnlich. „Ein großer Anteil von Planeten-Impaktor-Paaren hat fast identische Zusammensetzungen“, so die Forscher. Bei immerhin 20 bis 40 Prozent der Einschläge unterschieden sich beide so gut wie gar nicht.
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„Damit bieten uns diese Ergebnisse eine Lösung für das Zusammensetzungs-Problem des Impakt-Szenarios der Mondentstehung“, konstatieren Mastrobuono-Battisti und ihre Kollegen. Denn sie machen es wahrscheinlicher, dass der Protoplanet der Erde in seiner Isotopenchemie ähnlich gewesen sein könnte – die Chance steigt immerhin von nur rund einem Prozent auf 20 Prozent und vielleicht sogar mehr.
Der marsgroße Impaktor könnte demnach aus dem Einzugsgebiet der jungen Erde gekommen sein und deshalb aus Gestein der gleichen Zusammensetzung bestanden haben. Er war damit ein – wenn auch kleinerer – Erdzwilling. Als seine Trümmer dann nach der Kollision zum Mond verschmolzen, blieb diese Ähnlichkeit erhalten und machte den Erdtrabanten unserem Planeten weitaus ähnlicher als allen anderen Himmelskörpern im Sonnensystem. (Nature, 2015; doi: 10.1038/nature14333)
(Nature, 09.04.2015 – NPO)
