Sind Erde und Mond Zwillinge? Isotopen-Rätsel stellen gängige Theorien zur Mondentstehung infrage – die Alternativen

Der Mond ist das nächste planetare Objekt und zudem ein in Relation zur Erde riesiger Vertreter seiner Art. Doch wie entstand er? (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI)

Seine Geburt liegt lange zurück - in einer Zeit fahlen Lichtes. Vor 4,5 Milliarden Jahren glich unser Sonnensystem keinem uns vertrauten Ort. Umringt von glutflüssigen Planetoiden hatte die Sonne erst vor galaktisch gesehen kurzer Zeit begonnen, Wasserstoff zu fusionieren. Doch was sich da um eine der inneren Magmakugeln ereignet, bestimmt bis heute unser Dasein: die Erde erhält ihren Mond.

Jedoch herrscht bis heute Uneinigkeit bei der Frage, wie das eigentlich geschah. Neue Daten weisen jetzt darauf hin, dass eine der favorisierten Theorien vieler Forscher eklatante Schwächen aufweist.

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Der Status quo zur Erde und ihrem Trabanten

Die gängig als glaubhaft angenommene Geburtsgeschichte des Mondes nennt sich »Riesen-Einschlagshypothese« und sie liest sich so:

• Vor rund 4,5 Milliarden Jahren traf ein marsgroßer Protoplanet – wie die damalige Erde ebenfalls noch glutflüssig - unseren Planeten.
• Theia nennen ihn die Forscher. Der Name geht zurück auf eine Titanin aus der griechischen Mythologie. Sie war die Mutter der Mondgöttin Selene - also äußerst passend.
• Allerdings streifte er die Erde nur und schabte so ruckartig ein großes Stück bis hinab zur Tiefe des damaligen Mantels aus ihr heraus.
• Theia selbst verschmolz größtenteils mit der Erde, aber....
• Trümmer von Theia und Protoerde kreisten in einem chaotischen Chaos um den verformten Magmaball.
• Nach Millionen Jahren sortierte sich das Material, fiel auf die Erde hinab oder bildete dank der immensen Bewegungsenergie im System den Mond in der uns grob heute bekannten Umlaufbahn (damals noch näher, mehr dazu hier).

Mond und Erde – frappierend ähnlich

So weit, so gut, das Problem laut neuen Daten sieht allerdings folgendermaßen aus: Größtenteils passt die Geschichte, aber Forscher fanden durch Untersuchungen des Mondes sowie insbesondere anhand mitgenommenen Materials Indizien, die uns zwingen, die obige Erzählung zumindest teilweise infrage zu stellen

Erde und Mond gleichen einander nämlich quasi wie Zwillinge. Das Verhältnis von Isotopen verschiedener Elemente, wie Sauerstoff, Titan, Chrom und Wolfram sind fast identisch. Es ist kaum zu unterscheiden, ob eine Probe von der Erde oder vom Mond stammt. Das dürfte aber nicht der Fall sein.

Das darf eigentlich nicht sein, wenn Fremdmaterial im Spiel war. Denn die Erde ist ja nach der »Riesen-Einschlagshypothese« nicht komplett mit Theia vermischt worden. Höchstens 1⁄3 von dem bei der Kollision zerstörten Protoplaneten ging in der Erde auf. Das übrige Material formte größtenteils mit Erdresten den Mond.

Allerdings deutet einiges eher auf eine nahezu perfekte Durchmischung hin, also auf eine gemeinsame Ausgangsmasse, aus der sich Erde und Mond formten.

Zur stark vereinfachten Veranschaulichung:

• Szenario 1: Ihr nehmt zwei verschiedenfarbige Knetmassen. Von beiden schabt ihr jeweils 1⁄3 ab und kombiniert diese knetend miteinander und macht einen kleinen Ball daraus. Das ist der Mond. Die restlichen zweimal 2⁄3 pappt ihr aneinander, vermengt sie etwas und formt auch hier eine Kugel, aber eine größere, die Erde. Die zwei unterschiedlichen Ausgangsmassen und somit Unterschiede der zwei Objekte bleiben sichtbar.
• Szenario 2: Ihr nehmt zwei unterschiedlich gefärbte Knetmassen, werft sie in einen Mixer, vermengt sie so gründlich, dass keine Streifen oder Farbunterschiede mehr zu sehen sind. Daraus formt ihr jetzt einen großen und einen kleinen Ball. Ihr werdet niemals wieder klar unterscheiden können, dass eben noch zwei verschiedenfarbige Massen da auf dem Tisch lagen.

Der erste Fall entspräche der »Riesen-Einschlagshypothese«. Die zweite Version steht für die alternativen Szenarien, die wir uns jetzt anschauen, denn die chemisch-physikalische Faktenlage macht das erforderlich.

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Denn damit es zu solch einer gleichmäßigen Durchmischung der zwei Planeten, Erde und Theia, kommen konnte, ist einiges erforderlich. Dafür reicht kein Streifen, der den Großteil unseres Planeten in einem Stück lässt. Es kommen generell vier (hypothetische) Alternativvarianten infrage:

• Es war kein Streifen und danach gemächliches Umwickeln von Materieströmen, sondern ein Frontalzusammenstoß. Hierbei zerlegten sich Erde und Theia komplett zu einer gewaltigen Trümmer- und Staubwolke – quasi Todesstern auf Steroide.
• Theia drückte die Erde ein, sodass sie als ein Donut mit Boden zurückblieb – auch vergleichbar mit einem Teller, der einen besonders dicken Rand aufweist. Theia stob gemeinsam mit Erd-Trümmern ins All. Hierbei kam deutlich mehr Masse sowie eine intensivere Vermischung zustande als beim bloßen Streifen.
• Mond und Erde entstanden kurz nacheinander aus derselben protoplanetaren Staubwolke. Dann würde es sich streng genommen mehr um ein Doppelplaneten-System handeln, wo einer der Partner deutlich kleiner ausfiele (auch genannt: Co-Akkretion).
  Diese Version liefert wahrscheinlich die einzig schnörkellose Erklärung der frappierenden Ähnlichkeiten. Denn wenn zwei Planetoiden in derselben Gegend einer protoplanetaren Staubscheibe um einen jungen Stern entstehen, ergibt sich eine chemisch-physikalische Ähnlichkeit in der Regel automatisch.
• Ein Bombardement schuf den Mond. Anstatt des einzelnen Einschlags eines marsgroßen Planetoiden ziehen Forscher in Betracht, dass die glutflüssige Erde unter Dauerbeschuss aus dem Weltraum geriet. Ein Sturm an Material krachte auf die Oberfläche und löste enorme Mengen an Material heraus. Dieses sammelte sich im Orbit, wo es gemeinsam mit den verbliebenen Staubwolken des Baby-Sonnensystems den Mond formte.

Anmerkung: Theoretisch sind auch Kombinationen der einzelnen Theorien denkbar.

Grau, leblos und doch unnachahmbar einzigartig aus Sicht der Menschheit: der Mond. Ein für die Erde vielfach bedeutender Trabant, der Kultur, Natur und Technik seit Anbeginn der jeweiligen Zeitrechnung beeinflusst. (Bildquelle Raul Cantemir)

Der weiterhin stärkste Förderer einer Pro-Theia-Streiftheorie findet sich im hohen Drehimpuls (Kräfte im System): Denn damit sich Materie in der Erdumlaufbahn ausreichend lange halten konnte, um den Mond zu formen, musste sie, vereinfacht ausgedrückt, schnell genug sein. Das Streifen hätte genügend Energie im System belassen. Das Entstehen aus einem protoplanetaren Wolkenguss sowie der Frontaleinschlag bzw. das Bombardement hingegen eher nicht.

Inzwischen verworfene Konzepte der Mondentstehung

Abseits der bereits beschriebenen Theorien, die alle Einschläge voraussetzen bzw. weiter zurück zur protoplanetaren Staubscheibe reichen, wurden in der Vergangenheit noch folgende Ideen diskutiert. Sie gelten heutzutage aber als veraltet und unwahrscheinlich:

• Abfanghypothese: Diese Idee sieht den Mond als eine Art Irrläufer, der durch ein unbekanntes Ereignis im jungen Sonnensystem seinen eigentlichen Partner verlor und im Schwerkraftfeld der Erde quasi hängenblieb. Alternativ könnte er sich auch als einsamer Zwergplanet gebildet haben, um dann Opfer eines kosmischen Billardspiels größerer Brocken zu werden. Auch in diesem Fall hätte er so gesehen das Umfeld der Erde als sicheren Hafen im Chaos jenes frühen Zeitalters unserer Heimat gefunden.
• Spaltungshypothese: Der Mond löste sich aus der schnell rotierenden frühen Erde. Im Endeffekt wäre das, als säßet ihr in einem Karussell, dass sich zu schnell dreht. In der Folge werdet ihr herausgeschleudert, um dann von einem unsichtbaren Band (Gravitation) eingefangen und in weiterer Entfernung fortgerissen weiter mitfliegt.

Antworten dank Artemis?

Zukünftigen Mondmissionen schreibt diese Studie eine dicke Hausaufgabe in den Block. Denn abseits futuristischen Aspekten wie der Nutzung des Mondes als Außenposten, Rohstofflieferant oder sogar Raumschiffwerft, soll die NASA-Kampagne namens Artemis natürlich auch wissenschaftlich tätig werden.

Wäre es nicht ein überaus würdiger Aspekt des Apollo-Nachfolgers, wenn sie herausfände, wodurch unser Trabant entstanden ist? Schließlich haben wir ihm enorm viel zu verdanken – ohne ihn wäre die Erde oder die Menschheit kaum wiederzuerkennen.