Mond - Entstehung 

Die vier Modelle zur Mondentstehung

Seit knapp 20 Jahren wird die Aufprall-Theorie zur Entstehung des Mondes favorisiert. Davor hatten die Mondforscher drei andere Erklärungsmodelle (Einfang-, Abspaltungs- und Schwesterplanet-Theorie) vorgeschlagen.

Ein gutes Modell muss sämtliche dynamischen und chemischen Eigenschaften des Mondes und der Erde erklären. Wieso hat der Mond nur einen sehr kleinen Eisenkern? Wieso ist auf dem Mond der Anteil der chemischen Elemente, die schnell verdampfen, geringer als auf der Erde? Und warum ist im Mondgestein der Anteil an den schnell kondensierenden Elementen Aluminium, Kalzium, Thorium und Uran höher? Wieso ist aber das Verhältnis der verschiedenen Sauerstoffisotope auf dem Mond und der Erde exakt gleich? Wieso ist im Mondgestein kein Wasser eingelagert? Woher kommt der hohe Drehimpuls, der in der Bewegung des Erde-Mond-Systems und der Erddrehung steckt?

Bild vergrößernEntstehung von Protoplaneten
©SCSU

Die Einfangtheorie
Nach dieser Vorstellung ist der Mond an einer anderen Stelle des Sonnensystems entstanden, wo ein geringerer Eisenanteil in der Ur-Wolke herrschte. Die Mond kam dann auf seiner Bahn der Erde sehr nahe und diese hat den Mond mit ihrer Schwerkraft eingefangen. Dazu muss der Mond allerdings seine Bewegungsenergie verlieren. Computersimulationen haben gezeigt, dass das eher unwahrscheinlich ist. Außerdem kann dieses Modell nicht erklären, warum die selben Sauerstoffverhältnisse wie auf der Erde vorkommen, obwohl der Mond an einem anderen Ort mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen entstanden sein soll.

Die Abspaltungstheorie
Diese Vorstellung geht auf Georg Darwin zurück, den Sohn des berühmten Evolutionsforschers Charles Darwin. Danach drehte sich die junge glut-flüssige Erde so schnell um ihre eigene Achse, dass sie sich am Äquator sehr stark ausbeulte. Schließlich löste sich ein Stück – oder besser Tropfen – aus der Erde und wurde in eine Umlaufbahn geschleudert. Der Mond sollte dann recht genau die chemische Zusammensetzung der Erdkruste haben. Für den Sauerstoff stimmt das auch, für die anderen Elemente sind aber die Abweichungen zu groß. Außerdem müsste die Umdrehung so schnell gewesen sein, dass ein Tag auf der Ur-Erde höchstens 2,5 Stunden gedauert hätte. Wie diese hohe Drehgeschwindigkeit zustande gekommen sein soll, kann nicht erklärt werden.

Die Schwesterplanet-Theorie
Nach dieser Vorstellung sind Erde und Mond gleichzeitig auf dem jetzigen Orbit um die Sonne in der Ur-Wolke entstanden. Von Anfang an haben sich bei der Zusammenballung von Staubteilchen und Meteoriten zwei umeinander kreisende größere Klumpen gebildet, die dann nach und nach angewachsen sind. Das Modell kann aber nicht die heutige Dynamik des Erde-Mond-Systems erklären. Auch ist rätselhaft, warum die chemische Zusammensetzung von Mond und Erde verschieden ist, wenn doch beide im selben Gebiet entstanden sein sollen.

Bild vergrößernAufprall-Theorie
©NASA

Die Aufprall-Theorie
In der Frühphase der Planetenentstehung stieß die Ur-Erde mit einem marsgroßen Protoplaneten zusammen. Während der schwere Kern des aufprallenden Planeten schmolz und von der Erde verschluckt wurde, sind große Teile der Erdkruste verdampft und in den Weltraum geschleudert worden. Die Trümmer haben sich innerhalb kurzer Zeit in einer Umlaufbahn um die Erde zu einem einzigen Mond zusammengeballt. Die Theorie wurde erstmals in den 60iger Jahren von Hartmann und Davis vorgestellt. Aber erst seit einer bedeutenden Konferenz der Mondforscher im Jahre 1984 setzte sie sich allmählich durch.

Das Modell löste viele der alten Rätsel: Etwa die Hälfte der Mondmasse und die Hälfte der Masse der Erdkruste besteht aus Sauerstoffatomen. Auch die Verhältnisse der Sauerstoffisotope sind in beiden Fällen gleich. Das spricht für eine Entstehung des Mondes aus Erdkrustengestein. Marsgestein und Meteorite haben ein anderes Isotopenverhältnis.

In der Wolke aus verdampftem Gestein kondensierten bestimmte Elemente wie Uran und Thorium besonders schnell. Leicht verdampfende Stoffe haben sich dagegen in den Weltraum verflüchtigt. Das erklärt die unterschiedliche Zusammensetzung des Mondgesteins gegenüber dem Krustengestein der Erde.

Wassermoleküle wurden bei den herrschenden Temperaturen von mehreren tausend Grad in ihre Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Während der Wasserstoff in den Weltraum entwich, reagierte der Sauerstoff rasch mit den anderen Elementen und kondensierte mit aus. Der Mond formte sich somit aus einem wasserfreien Ausgangsmaterial.

Geologisch unterscheiden sich Mond und Erde am deutlichsten in ihrem jeweiligen Eisengehalt. Der Radius des Eisen/Nickel-Kerns der Erde beträgt mehr als die Hälfte des Erdradius. Der Mond hingegen hat einen sehr kleinen Kern. Bezogen auf den gesamten Mondkörper erreicht das Atomverhältnis Eisen zu Silizium nur den Wert 0,22. Das ist das niedrigste Verhältnis im gesamten Sonnensystem. Zum Zeitpunkt der Kollision der beiden Proto-Planeten hatte sich das meiste Eisen schon in deren jeweiligem Zentrum als Kern abgesetzt. Verdampft und in den Weltraum geschleudert wurde eisenarmes Krustengestein.

Mit diesem Modell können auch die Bewegungsenergie und der Drehimpuls des heutigen Mond-Erde-Systems erklärt werden. Der Aufprall des marsgroßen Proto-Planeten muss dabei sehr flach gewesen sein. Für das Katastrophen-Szenario spricht auch der Umstand, dass das Erde-Mond-System eine Besonderheit im Sonnensystem ist. Ansonsten hätten mehr Doppelplaneten entstehen müssen.

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22.02.2015

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Autor dieses Artikels:  Prof. Dr. Bruno Deiss

In Zusammenarbeit mit dem Physikalischen Verein, Frankfurt a.M.
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