Der natürliche Satellit der Erde ist ein sehr ungewöhnliches Objekt für das Sonnensystem. Kürzlich haben Wissenschaftler eine neue Theorie vorgelegt, die erklärt, wie der Mond dort angekommen ist, wo er heute ist, und einige Anpassungen an der modernen Theorie einer riesigen Kollision vorgenommen. Die Hauptautorin Professor Sarah Stewart von der University of California skizzierte die neue Theorie am 31. Oktober in einem Artikel in der Zeitschrift Nature.
Der Mond ist relativ groß im Vergleich zu dem Planeten, um den er sich dreht. Darüber hinaus ist es in seiner chemischen Zusammensetzung fast identisch mit der Erde, mit Ausnahme einiger flüchtiger Verbindungen, die in der fernen Vergangenheit verdampft sind. Dies unterscheidet den Mond von jedem anderen großen Objekt im Sonnensystem, erklärt Sarah Stewart. Sie betont, dass jeder andere Körper im Sonnensystem eine andere chemische Zusammensetzung hat.
Traditionell lautet die Theorie über den Ursprung des Mondes, die in jedem klassischen Lehrbuch gelesen werden kann, wie folgt. Am Ende der Entstehungszeit des Sonnensystems begann die Phase der "Riesenkollision", als heiße Objekte in Planetengröße miteinander kollidierten. Ein marsgroßes Objekt berührte ein anderes Weltraumobjekt, das sich später zum Planeten Erde entwickelte. Gleichzeitig wurde ein Teil der Substanz in den Weltraum geworfen - aus diesem Stück entstand der Mond. Während der Kollision erhielt die Erde eine signifikante Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit, wodurch der Planet in nur 5 Stunden eine Umdrehung um seine Achse machte. Im Laufe der Jahrtausende entfernte sich der Mond von der Erde und die Rotationsgeschwindigkeit des Planeten verlangsamte sich, wodurch der Tag inzwischen 24 Stunden dauerte.
Diese Theorie wurde von Wissenschaftlern im Verlauf von Beobachtungen der aktuellen Umlaufbahn des Mondes, der Beziehung des Rotationsmoments des Erd-Mond-Systems und der Gezeitenkräfte zwischen diesen beiden Objekten abgeleitet.
Diese traditionelle Theorie ist jedoch nicht frei von Kontroversen und offenen Fragen. Eine davon ist die Zusammensetzung des Mondes, die der Erde überraschend ähnlich ist. Ein weiterer Grund ist, dass wenn der Mond aus Materie gebildet würde, die sich um den Erdäquator dreht, sich seine Umlaufbahn relativ zum Äquator drehen müsste. Die aktuelle Umlaufbahn des Mondes ist jedoch um fünf Grad relativ zum Äquator geneigt, was bedeutet, dass eine andere Energie, die in dieser Theorie nicht berücksichtigt wird, die Bewegung des Mondes beeinflussen sollte.
Professor Stewart und ihre Kollegen (Mathia Cook vom US SETI Institute, Douglas Hamilton von der University of Maryland und Simon Locke von der Harvard University) haben ein alternatives Modell entwickelt, das diese Inkonsistenzen in der traditionellen Theorie erklärt.
2012 schlugen Cook und Stewart vor, einen Teil des Drehmoments im Erde-Mond-System auf das Erde-Sonne-System zu übertragen. Dies führte zu heftigeren Kollisionen zu Beginn des Planetenbildungsprozesses.
Nach dem neuen Modell erzeugten Kollisionen mit hoher Energie eine große Menge verdampfter und geschmolzener Materie, aus der die Erde und der Mond gebildet wurden. Infolge dieses Prozesses drehte sich die Erde im Abstand von zwei Stunden um ihre Achse, und die Rotationsachse war auf die Sonne gerichtet.
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Da die Kollision energetischer sein könnte als die konventionelle Theorie vermuten lässt, könnten sich das Material von der Erde und das damit kollidierende Objekt vermischt haben, und die Erde und der Mond wurden aus demselben Material gebildet, daher war ihre chemische Zusammensetzung ähnlich.
Als sich die Rotationsgeschwindigkeit aufgrund von Gezeitenkräften verlangsamte, entfernte sich der Mond von der Erde, bis er einen Punkt erreichte, der als „Übergang zur Laplace-Ebene“bezeichnet wurde, als die Kraft des Einflusses der Erde auf den Mond geringer wurde als die Gravitationskräfte der Sonne. Dies führte dazu, dass ein Teil des Drehmoments des Erde-Mond-Systems auf das Erde-Sonne-System übertragen wurde. Dies hatte keinen wesentlichen Einfluss auf die Erdumlaufbahn um die Sonne, sondern drehte die Erde vertikal. Zu diesem Zeitpunkt drehte sich der Mond, wie das Modell von Professor Stewarts Team zeigt, in einem großen Winkel relativ zum Äquator um die Erde.
Im Laufe von mehreren zehn Millionen Jahren entfernte sich der Mond langsam von der Erde, bis er den zweiten Übergangspunkt, den Cassini-Übergang, erreichte. Danach änderte sich der Neigungswinkel der Mondbahn relativ zum Erdäquator um etwa fünf Grad.
Die neue Theorie erklärt elegant die Umlaufbahn und die chemische Zusammensetzung des Mondes aus einer einzigen riesigen Kollision zu Beginn. Es waren keine zusätzlichen Zwischenschritte erforderlich, um diesen Prozess voranzutreiben, sagt Professor Stewart.
