Unser Mond verdankt seine Existenz einer schweren Kollision: Vor rund 4,5 Milliarden Jahren stieß die Erde mit dem marsgroßen Protoplaneten Theia zusammen. Dieser wurde dabei komplett zerstört, auch ein Teil der irdischen Gesteinshülle könnte vorübergehend geschmolzen und verdampft sein. Aus den Trümmern der Kollision bildete sich der Mond, der gängiger Theorie nach zum Großteil aus den Resten von Theia besteht. Weil jeder Himmelskörper im Sonnensystem seine eigene, typische Isotopensignatur besitzt, müsste sich das lunare Gestein daher von dem der Erde unterscheiden. Doch genau das ist nicht der Fall: Mond und Erde haben bei vielen Elementen nahezu identische Isotopenwerte – sowohl bei Titan, Silizium, Chrom oder Wolfram als auch bei Wasserstoff und Sauerstoff. Einige Planetenforscher vermuten deshalb, dass Theia ein chemischer Zwilling der Erde war und in der gleichen Zone der solaren Urwolke entstand.
Denkbar wäre aber auch, dass sich die Trümmer von Theia und Erde nach der Kollision stärker vermischten als es gängige Modelle vorsehen – oder dass Mond doch größtenteils aus verdampftem Erdmaterial entstand.
Spurensuche bei den Eisenisotopen
Welches dieser Szenarien zutrifft, ist bisher unklar, denn vor allem zwei Faktoren erschweren die Rekonstruktion: Bisher konnten Forschende keine intakten Trümmerteile von Theia identifizieren. Daher wissen wir nicht, wie der Protoplanet vor der Kollision zusammengesetzt war. Zum anderen haben Mond und Erde seit ihrer Entstehung verschiedenste geologische Prozesse durchlaufen, die die Verteilung und Konzentrationen der verschiedenen Elemente und Isotope an ihrer Oberfläche und in ihrem Inneren verändert haben. Bei Isotopenvergleichen müssen diese immer mitberücksichtigt werden. Dennoch lassen sich aus solchen Analysen einige Rückschlüsse auf den Ursprungsort eines Himmelskörpers ziehen.
„Die Zusammensetzung eines Körpers archiviert seine gesamte Entstehungsgeschichte, einschließlich seines Ursprungsortes“, sagt Seniorautor Thorsten Kleine vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen.
Um mehr über Theia zu erfahren, haben Kleine, Erstautor Timo Hopp vom MPS und ihre Kollegen noch einmal nach verräterischen Hinweisen in den Isotopenwerten von Mond, Erde und Meteoriten gesucht. Die Metoriten – Chondriten mit unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten – dienten dabei als Vergleichsobjekte. Denn frühere Analysen hatten bereits gezeigt, dass die im Außenbereich des Sonnensystems gebildeten kohlenstoffhaltigen Chondriten bei bestimmten Elementen andere Isotopenverhältnisse aufweisen als die näher an der Sonne entstandenen nicht-kohlenstoffhaltigen Chondriten. Dies spiegelt die Isotopenverteilung in der Gas- und Staubwolke des frühen Sonnensystems wider – und müsste daher auch bei Planeten Hinweise auf ihren Bildungsort liefern.
