Die Entstehung des Mondes: Eine unendliche Geschichte

Der Mond lehrt uns, niemals mit der Suche nach neuen Erkenntnissen aufzuhören. Auch wenn die 1975 vorgestellte Kollisionstheorie vor wenigen Tagen wieder neue wissenschaftliche Indizien bekam, herrscht nach wie vor Unklarheit in vielen Details. Denn nach wie vor geben die Mondproben aus dem Apollo-Programm neue Rätsel auf.

Ein Beitrag von Klaus Donath. Quelle: Markus Landgraf, dailymail.co.uk, spaceref.com, whatsonxiamen.com, discovermagazine.com, wikipedia.

Bislang setzten 12 Menschen ihren Fuß auf unseren engsten kosmischen Begleiter. Sie brachten vor über 40 Jahren insgesamt 382 Kilogramm Mondgestein mit auf die Erde. Und die sorgen weiterhin für neuen Diskussionsstoff unter Wissenschaftlern. Um die Geschichte des Mondes verstehen zu können, ist eine kleine Zeitreise durch die gewonnenen Erkenntnisse der letzten Jahrzehnte nötig.

Eine der ersten Theorien besagte, dass der Mond durch das Schwerefeld der Erde eingefangen wurde. In den mitgebrachten Steinen fand man durch chemische Analysen, anders als auf der Erde, nur sehr wenig Eisen. Auch physisch gibt es Unterschiede. So enthält die Kruste des Mondes keine eingeschlossenen Wassermoleküle in Form von hydrierten Mineralien. Beides Indizien dafür, dass der Mond von unterschiedlicher Beschaffenheit ist und demnach die Einfangtheorie unterstützt.

Doch fanden Wissenschaftler auch heraus, dass die isotopische Zusammensetzung des Mondes erdähnlich ist. Weder Asteroiden noch andere Planeten weisen hier Ähnlichkeiten auf. Isotope sind verschiedene Varianten der bekannten chemischen Elemente und unterscheiden sich nur in der Anzahl von Neutronen im Kern. Dadurch gibt es Varianten der Elemente, die unterschiedlich schwer sind. Es erwies sich als unwahrscheinlich, dass sich eine Ähnlichkeit in der Häufigkeit der auftretenden Isotope zufällig einstellte. Die Einfangtheorie war damit wiederlegt, der Mond muss zumindest aus Teilen des Erdmaterials bestehen.

Als Reaktion auf die gewonnenen Erkenntnisse entwickelte man die Fissionstheorie. Dort wird angenommen, dass sich die Ur-Erde extrem schnell um ihre eigene Achse gedreht hat. Dadurch löste sich Material vom Erdmantel aus dem schließlich der Mond geformt wurde. Auch diese Hypothese wurde schnell verworfen. Weder fand man geologische Anhaltspunkte für eine so hohe Rotationsgeschwindigkeit der frühen Erde, noch erklärt die Theorie den mangelnden Eisengehalt des Mondes.

Im Jahr 1975 wurde die Theorie des großen Einschlages vorgestellt. In der Entstehung des Sonnensystems kollidierten Ur-Erde, benannt nach der griechischen Göttin Gaia, und der Protoplanet Theia, benannt nach der gleichnamigen griechischen Mondgöttin. Die Zusammensetzung unseres Mondes hätte sich aus der entstehenden Trümmerwolke ergeben. Bei dem gewaltigen Ereignis wäre nur der Erdmantel beschädigt, nicht der eisenhaltige Erdkern. Daraus resultiert ein niedriger Eisengehalt des entstehenden Mondes. Das deckte sich mit den bis dahin gewonnenen Erkenntnissen. Mit neusten Computer-Simulationen ließ sich außerdem berechnen, wie sich durch den Einschlag das aktuelle Erde-Mond-System mit seinen Bahneigenschaften gebildet hat. Die Theorie schien schlüssig, aber nur, bis zu nächsten größeren Entdeckung. Vornehmlich hätte die Trümmerwolke allerdings aus dem kleineren Planeten, also Theia, bestehen müssen. Dafür ist das Mondgestein aber zu erdähnlich. Entweder drehte sich die Ur-Erde also schneller als erwartet, was einen größeren Erdanteil erklären würde oder aber der Mond unterscheidet sich doch mehr von der Erde als gedacht.

Bildquelle
Glaskügelchen mit dem eingeschlossenen, wasserhaltigen Mondmaterial, mitgebracht von den Apollo-Missionen, sorgen weiter für Kopfzerbrechen.
(Bild: G. J. Taylor, Univ. of Hawaii)

Vor wenigen Jahren gab es eine überraschende Wende als erneut Mondgestein analysiert wurde. Forscher fanden kleine Glaskügelchen in denen sehr altes Gestein eingeschlossen Jahr-Millionen überdauerte. Das so konservierte Material enthielt eine Überraschung bereit. Der bis dato für staubtrocken gehaltene Mond enthielt Wasser. Wie lässt sich das nun mit einer der Theorien verbinden? Sämtliches Wasser hätte verdampfen müssen bei der Einschlag-Theorie.

Trotzdem hat es vor wenigen Tagen wieder neue Beweise gegeben für den Zusammenstoß von Gaia und Theia. Bei der erneuten Analyse sowohl von 20 Gesteinsbrocken aus den Apollo-Missionen 11, 12 und 17, als auch von Mond-Meteoriten, konzentrierte man sich auf Zink-Atome und deren Isotopenfraktionierung im Vergleich zu den Zinkvorkommen auf der Erde.

Als Isotopenfraktionierung bezeichnet man die Verschiebung der Häufigkeit der Isotope eines Elements, hervorgerufen durch physikalisch/chemische Prozesse. Fraktionierung ist thermodynamisch und damit temperaturabhängig. Gemessen hat man deutlich mehr schwerere Isotope von Zink im Material vom Mond, verglichen mit Zink auf der Erde. Das unterstützt die Theorie der Kollision, denn durch die gewaltigen Kräfte entstanden Temperaturen, die sogar Stein zum Schmelzen bringen. Außerdem konnten in der Staubwolke leichtere Isotope einfacher entfliehen und übrig blieben vornehmlich die schwereren Isotope. Diese Trennung der leichten Isotope von den schwereren ist also ein Indiz für eine größere Kollision.

Trotzdem taucht in der Veröffentlichung das Wort “Wasser” nicht auf, denn dieses Puzzlestück scheint bislang nicht so recht zu passen. Aber auch hier haben Forscher von der Universität Tennessee vor wenigen Tagen eine mögliche Erklärung gefunden. Offenbar ist das eingeschlossene Wasser quasi frei von schwerem Wasser. Das besteht aus ein oder zwei Deuteriumatomen, die zusätzlich auch ein Neutron besitzen. Da die Sonne so gut wie kein Deuterium besitzt, könnte der Sonnenwind den Wasserstoff für das Wasser zum Mond gebracht haben. Dieser Teilchenstrom schlägt mit auf dem Mondboden ein. Dort dringt er in den Boden ein und formt Hydroxyl-Radikale sowie Wassermoleküle.

Fest steht, der Mond wird uns weiter beschäftigen. Um das Rätsel endgültig zu lösen bleibt kein anderer Weg, als mit den neu gewonnenen Daten eine Mission, bemannt oder unbemannt, zu gestalten. Es bleibt also weiter spannend um die Geschichte des Erdtrabanten.

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