Wie entstand der Mond?

Neue Simulationen versprechen endlich Antwort auf eine der großen Fragen der Weltraumforschung: die Entstehung des Mondes. Ein Prozess, der viel schneller ablief als bisher angenommen.

Von Insa Germerott
Veröffentlicht am 12. Okt. 2022, 10:20 MESZ
Mond und Erde von der Raumsonde Galileo aus.

Ein Blick von der Raumsonde Galileo auf den erdumkreisenden Mond. Seine genaue Entstehung war lange Zeit ein Rätsel. Neue Simulationen zeigen, dass sich der Erdtrabant überraschend schnell formiert haben könnte.  

Foto von Johnson Space Center / NASA

Am 21. Juli 1969 wurde Geschichte geschrieben: An diesem Tag betrat Neil Armstrong als erster Mensch der Welt den Mond. Diese und die folgenden Mond-Missionen sollten vor allem dazu dienen, Proben zu sammeln und so mehr über den Erdtrabanten herauszufinden. Trotz aller Untersuchungen besteht bis heute noch ein ungeklärtes Mysterium: Wie genau entstand der Erdmond? 

Drei konkurrierende Theorien greifen unterschiedliche Entstehungsszenarien auf, aber keines von ihnen konnte bislang die besonderen Eigenschaften des Mondes – seinen geneigten Orbit und den relativ hohen anfänglichen Drehimpuls – erklären.

Das könnte sich nun ändern. Ein Team vom NASA Ames Research Center im kalifornischen Silicon Valley hat in Kollaboration mit der Durham University in England neue Analysen gestartet – und stellt in seiner Studie, die in The Astrophysical Journal Letters erschien, eine neues Szenario der Mondentstehung vor, das sogar die Mondphänomene erklären könnte. Ein zusätzliches Ergebnis, das überrascht: Der Mond müsste, entgegen aller Annahmen, innerhalb weniger Stunden entstanden sein.

Der Mond war einst Teil der Erde

Die Forschenden um Erstautor Jacob Kegerreis vom NASA Ames Research Center arbeiteten mit Computersimulationen, welche die Mondentstehung rekonstruierten. Diese  basierten auf der gängigsten der drei bekannten Theorien. Sie besagt, dass die Erde vor rund 4,5 Milliarden Jahren mit dem marsgroßen Protoplaneten Theia kollidierte – und sich aus dieser Kollision der Mond entwickelte. Laut Theorie hätten die beim Aufprall entstandenen Trümmer des Protoplaneten und des abgeschlagenen Erdmaterials zunächst einen Trümmerring um die Erde gebildet, der sich Jahrzehnte später zum Mond formte.

Aus der Kollision von Urerde und Protoplanet Theia sollen sich Bruchstücke beider Himmelskörper zum Mond formiert haben. 

Foto von AOES Medialab, ESA 2002

Problematisch jedoch: Die Entstehung des Mondes aus einem Trümmerring könnte seine heutigen Eigenschaften nicht erklären. Auf welche Weise könnte der Mond also stattdessen aus der Kollision hervorgegangen sein? Mithilfe von neuartigen, besonders hoch auflösenden Simulationen rekonstruierten Kegerreis und sein Team die Kollision der Urerde mit dem Protoplaneten in 400 virtuellen Durchgängen mit jeweils leicht unterschiedlichen Parametern. Mal variierte der Aufprallwinkel, mal die Masse oder die Rotation der Himmelskörper. Ihre Beobachtungen galten dabei den aus der Kollision ausgeschleuderten Trümmern, aus denen der Mond entstanden sein musste. 

Rekordverdächtig schnelle Entstehung

Die Ergebnisse des Teams waren überraschend: Ihre Simulationen zeigten, dass sich der Mond aus abgeschlagenen Gesteinsbrocken, die bei der Kollision von Urerde und Protoplanet Theia entstanden sind, formiert haben muss – und zwar mit einer überraschenden Schnelligkeit. In ihrem neu entworfenen Entstehungsszenario trifft der Protoplanet Theia im 45-Grad-Winkel auf die Urerde, sodass sich große, halbgeschmolzene Bruchstücke der beiden Himmelskörper lösen und in den Weltraum geschleudert werden. Von dieser großen Gesteinsmasse löst sich wiederum ein kleineres Bruchstück ab, das durch die Schwerkraft der großen Masse in eine weiter entfernte Umlaufbahn geschleudert wird. Die größere Gesteinsmasse falle daraufhin wieder zur Erde und verschmelze mit ihr, so das Team.

Der kleinere Brocken aber stabilisiert sich sehr schnell in seinem neuen Orbit um die Erde: So entsteht in nur circa fünf Stunden der Erdmond. Seine besonderen Eigenschaften lassen sich durch das Wegschleudern aus der großen Gesteinsmasse erklären. Dadurch besitzt er nämlich zunächst einen hohen Drehimpuls und seine Bahn ist gegen den Erdäquator geneigt. Zur Zeit seiner Entstehung hat der Erdtrabant bereits 70 Prozent seiner heutigen Masse. 

Auch seine simulierte Zusammensetzung würde zu den realen Untersuchungsergebnissen passen. Diese zeigen, dass das Mondmaterial starke Übereinstimmungen mit dem Erdmaterial aufweist. Durch die Kollision von Urerde und Theia müsste der Mond beide Materialien in sich tragen. Das Team erklärt: „Das Innere [besteht] hauptsächlich aus Theia-Material, das unter einer Hülle mit nach außen hin zunehmendem Anteil von Mantelgestein der Protoerde liegt.“ Das würde den Eisenanteil im Inneren des Mondes und seine Hülle, die aus 60 Prozent Erdmaterial besteht, erklären.

Artemis-Programm: Erforschung der Mond-Historie

Ob dieses neu simulierte Szenario der Realität entspricht, werden zukünftige Proben des Mondgesteins zeigen müssen, so die NASA. Ihr Artemis-Programm soll in den kommenden Jahren neue Erkenntnisse über den Erdtrabanten liefern. 

„Je mehr wir darüber lernen, wie der Mond entstanden ist, desto mehr finden wir auch über die Evolution unserer Erde heraus“, sagt Vincent Eke, Astrophysiker an der Durham University und Co-Autor der Studie. „Ihre Geschichten sind miteinander verbunden – und könnten auch Aufschluss über die Veränderung anderer Planeten geben, die von ähnlichen oder anderen Kollisionen betroffen waren.“

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