Als der Mond geboren wurde, war der Tag auf der Erde wahrscheinlich nur zwei Stunden lang. Diese neue Idee, die Matija Æuk und Sarah Stewart entwickelt haben, könnte erklären, warum Erde und Mond sich chemisch gleichen wie ein Ei dem anderen. Als die Proto-Erde vor etwa 4,56 Milliarden Jahren mit einem anderen Planeten-Embryo zusammenstieß, wirbelte sie den beiden Forscherinnen zufolge so schnell um die eigene Achse, dass ein erheblicher Teil des Erdmantels zusammen mit Trümmern des Kollisionspartners in den Orbit geschleudert wurde. Der Drehimpuls des Erde-Mond-Systems, so schreiben Æuk und Stewart, war zunächst größer als heute. Doch durch eine besondere Konstellation übertrugen die beiden etwa die Hälfte ihrer Dreh-Energie auf die Sonne.
Die Entstehung des Mondes ist schon lange eine harte Nuss für Planetenforscher. Derzeit gängigen Modellen zufolge wurde der Trabant bei einem gewaltigen Zusammenstoß zwischen der Proto-Erde und einem Objekt geboren, dass etwa so groß war wie der Mars, häufig Theia genannt. Diese Theorie kann zwar viele Eigenschaften des Erde-Mond-Systems erklären, zum Beispiel die Bahnparameter und die Größe des Mondes, aber nicht die nahezu identischen chemischen Eigenschaften der beiden Himmelskörper. Denn den Modellen zufolge müsste der Mond hauptsächlich aus Material bestehen, das einst zu Theia gehörte.
Zwei Stunden sind ein Tag
Æuk und Stewart rechneten jetzt aus, ob die Chemie stimmt, wenn die Erde sich zum Zeitpunkt des Einschlags wesentlich schneller drehte als bislang angenommen. Tatsächlich führte die höhere Fliehkraft in ihren Modellen dazu, dass ein Teil des Erdmantels nach dem Zusammenstoß im Orbit landete, wenn sie die Drehgeschwindigkeit so erhöhten, dass ein Tag nur zwei Stunden dauerte. Allerdings müssten Erde und Mond in diesem Fall ursprünglich einen wesentlich höheren Drehimpuls gehabt haben als heute.
Die beiden Forscherinnen stellen eine neue Idee dazu vor, wie die beiden diesen Überschuss abgebaut haben könnten. Denn eigentlich verbieten die Gesetze der Physik, dass sich der Drehimpuls eines geschlossenen Systems verändert. Erde und Mond müssten daher eigentlich heute noch den gleichen Drehimpuls haben wie bei ihrer Entstehung. Zwar verlangsamt sich die Drehung der Erde nach und nach, doch als Ausgleich entfernt sich der Mond immer mehr. So bleibt der Drehimpuls des Systems insgesamt erhalten.
Ungewöhnliche Konstellation
Æuk und Stewart vermuten allerdings, dass der neugeborene Mond zunächst für einige zehntausend Jahre in einer besonderen Bahnkonstellation gefangen war, bei dem der erdnächste Punkt seiner Bahn immer bei einem Winkel von 90 Grad zur Sonne auftrat. In diesem Fall kann das Erde-Mond-System Energie an die Sonne abgeben, indem sich die Erdbahn ein Stück nach außen verlagert.
Wenn das Erde-Mond-System anfangs einen höheren Drehimpuls hatte als heute, rücken auch weitere Szenarien in den Bereich des Möglichen. Robin Canup zum Beispiel vermutet zum Beispiel, dass Theia ungefähr genauso groß war wie die Erde. Auch in diesem Fall lässt sich die Gleichheit von Erde und Mond relativ einfach erklären.
Weiteres Indiz für Zusammenstoß
Dass der Mond wirklich durch einen solchen Zusammenstoß entstand, belegen jetzt chemische Analysen von Randal Paniello und Kollegen. Die Forscher fanden in Mondgestein erstmals eine chemische Signatur, die belegt, dass der Trabant insgesamt einmal großer Hitze ausgesetzt war, bei der flüchtige Materialen verdampften.
Randal Paniello (Washington University, St Louis) et al.: Nature, Bd. 490, S. 376, doi:10.1038/nature11507 Matija Æuk & Sarah Stewart (Harvard University): Science, Online-Vorabausgabe, doi: 10.1126/science.1225542 Robin Canup (Southwest Research Institute): Science, Online-Vorabausgabe, doi: 10.1126/science.1226073 © wissenschaft.de – Ute Kehse
