Am 13. Dezember 1972 näherte sich der Apollo 17-Astronaut Garisson Schmitt einem Felsbrocken im Meer der Ruhe auf dem Mond. "Dieser Felsbrocken hat einen eigenen kleinen Weg, der direkt zum Hügel führt", informierte er seinen Kommandanten Eugene Cernan und stellte fest, wo sich der Felsbrocken befand, bevor er den Hügel hinunter rollte. Cernan nahm einige Proben.
"Stellen Sie sich vor, wie es gewesen wäre, wenn Sie dort gestanden hätten, bevor dieser Felsbrocken gerollt ist", sagte Cernan nachdenklich. "Ich würde es wahrscheinlich nicht besser machen", antwortete Schmitt.
Die Astronauten schnitzten Mondstücke aus dem Felsbrocken. Dann kratzte Schmitt mit einem Rechen die staubige Oberfläche ab und hob einen Kieselstein auf, der später Troctolite 76536 genannt wurde.
Dieser Felsen und seine Boulderbrüder sollten die Geschichte erzählen, wie unser Mond entstanden ist. In dieser Schöpfungsgeschichte, die in den letzten vierzig Jahren in unzähligen Lehrbüchern und Exponaten des Wissenschaftsmuseums aufgezeichnet wurde, wurde der Mond aus einer katastrophalen Kollision zwischen einem Keim der Erde und einer festen Welt von der Größe des Mars herausgeschmolzen. Die andere Welt hieß Teia, nach der griechischen Göttin, die den Mond Selene zur Welt brachte. Theia krachte so heftig auf die Erde, dass beide Welten schmolzen. Die von Theia ausgestoßenen Ströme geschmolzenen Materials kühlten ab und verfestigten sich und bildeten den silbernen Begleiter, den wir alle gut kennen.
Moderne Messungen von Troctolite 76536 und anderen Gesteinen vom Mond und Mars haben diese Theorie jedoch in Frage gestellt. In den letzten fünf Jahren haben mehrere Studien ein Problem aufgedeckt: Die kanonische Riesenkollisionshypothese basiert auf Annahmen, die nicht mit den Beweisen übereinstimmen. Wenn Theia die Erde traf und später den Mond formte, muss der Mond aus Theias Material bestehen. Aber der Mond ist nicht wie Theia - oder Mars. Für die Atome sieht es fast genauso aus wie die Erde.
Angesichts dieser Inkonsistenz suchten Mondforscher nach neuen Ideen, um zu verstehen, wie der Mond entstand. Die naheliegendste Lösung mag die einfachste sein, aber sie wirft andere Probleme beim Verständnis des jungen Sonnensystems auf: Vielleicht hat Theia den Mond geformt, aber Theia bestand auch aus einer Substanz, die fast identisch mit der Erde ist. Alternativ mischte der Kollisionsprozess alles und homogenisierte die einzelnen Stücke und Flüssigkeiten im Kuchen, der dann in Portionen geschnitten wurde. In diesem Fall musste die Kollision extrem stark sein oder es musste mehrere von ihnen geben. Die dritte Erklärung stellt unser Verständnis der Planeten in Frage. Es kann sein, dass die Erde und der Mond, die wir heute haben, seltsame Metamorphosen und wilde Orbitaltänze durchlaufen haben, die ihre Rotation und Zukunft radikal verändert haben.
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Schlechte Nachrichten für Teia
Um zu verstehen, was an dem für die Erde wichtigsten Tag hätte passieren können, müssen Sie zunächst die Jugend des Sonnensystems verstehen. Vor viereinhalb Milliarden Jahren war die Sonne von einer heißen Wolke aus Donut-förmigen Trümmern umgeben. Die Sternelemente drehten sich um unsere neugeborene Sonne, kühlten ab und verschmolzen im Laufe der Jahre in einem Prozess, den wir nicht vollständig verstehen. Zuerst in Klumpen, dann in Planetesimale, dann in Planeten. Diese Feststoffe waren starr und kollidierten oft, verdampften und traten wieder auf. In diesem unglaublich harten Sternbillard wurden die Erde und der Mond geschmiedet.
Um den Mond zu erhalten, den wir heute haben, mit seiner Größe, Rotation und der Geschwindigkeit, mit der er sich von der Erde wegbewegt, sagen unsere besten Computermodelle, dass alles, womit die Erde kollidiert, etwas von der Größe des Mars sein muss. Alles, was mehr oder weniger ist, würde bereits ein System mit einem viel größeren Drehimpuls erzeugen, als wir beobachten. Ein größeres Projektil würde auch zu viel Eisen in die Erdumlaufbahn werfen und einen Mond produzieren, der viel eisenreicher ist als wir beobachten.
Die ersten geochemischen Untersuchungen von Troctolite 76536 und anderen Gesteinen stützten diese Geschichte. Sie zeigten, dass Mondgesteine in einem Mondmeer aus Magma geboren worden sein müssen, das wiederum aus einer riesigen Kollision hervorgehen könnte. Troctolite schwebte wie ein Eisberg in der Antarktis im geschmolzenen Meer. Aufgrund dieser physikalischen Einschränkungen entschieden die Wissenschaftler, dass der Mond aus Theias Überresten hergestellt wurde. Aber es gibt ein Problem.
Kehren wir zum jungen Sonnensystem zurück. Während die festen Welten kollidierten und verdampften, vermischte sich ihr Inhalt und setzte sich schließlich in getrennten Regionen ab. Näher an der Sonne, wo es heißer war, erhitzten sich die leichteren Elemente eher und entkamen, wobei ein Überschuss an schweren Isotopen zurückblieb (Variationen von Elementen mit zusätzlichen Neutronen). Weiter von der Sonne entfernt konnten Felsen mehr Wasser aufnehmen und leichtere Isotope blieben zurück. Daher kann ein Wissenschaftler eine Mischung von Isotopen untersuchen, um festzustellen, in welchem Teil des Sonnensystems es auftrat, genau wie ein Akzent die Heimat einer Person verrät.
Diese Unterschiede sind so ausgeprägt, dass sie zur Klassifizierung von Planeten und Meteoritentypen verwendet werden. Der Mars unterscheidet sich beispielsweise so stark von der Erde, dass seine Meteoriten durch einfaches Messen des Verhältnisses von drei verschiedenen Sauerstoffisotopen identifiziert werden können.
Im Jahr 2001 untersuchten Schweizer Wissenschaftler mithilfe fortschrittlicher Massenspektrometrietechniken Troctolite 76536 und andere Mondproben erneut. Es stellte sich heraus, dass ihre Sauerstoffisotope nicht von denen auf der Erde zu unterscheiden sind. Geochemiker haben seitdem Titan, Wolfram, Chrom, Rubidium, Kalium und andere ungewöhnliche Metalle auf der Erde untersucht - und sie sahen alle ziemlich gleich aus.
Das sind schlechte Nachrichten für Teia. Wenn der Mars so anders ist als die Erde, muss auch Theia - und damit der Mond - anders sein. Wenn sie gleich sind, bedeutet dies, dass sich der Mond aus geschmolzenen Teilen der Erde gebildet haben sollte. Es stellt sich heraus, dass die von Apollo gesammelten Gesteine direkt dem widersprechen, worauf die Physik besteht.
"Das kanonische Modell befindet sich in einer schweren Krise", sagt Sarah Stewart, Planetenwissenschaftlerin an der University of California in Davis. "Sie wurde noch nicht vollständig getötet, aber ihr aktueller Status ist, dass sie nicht arbeitet."
Mond aus Dampf
Stewart hat versucht, die physikalischen Grenzen dieses Problems - die Notwendigkeit eines Aufprallkörpers bestimmter Größe, der sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt - vor dem Hintergrund neuer geochemischer Erkenntnisse zu überdenken. 2012 schlugen sie und Matiya Zhuk, jetzt am SETI-Institut, ein neues physikalisches Modell für die Mondbildung vor. Sie gaben an, dass die junge Erde ein sich drehender Derwisch war, dessen Tag zwei bis drei Stunden dauerte, als sie von Theia getroffen wurde. Die Kollision erzeugte eine Scheibe um die Erde - wie der Ring des Saturn - aber das dauerte nur 24 Stunden. Letztendlich kühlte die Scheibe ab und verfestigte sich, um den Mond zu bilden.
Supercomputer sind nicht leistungsfähig genug, um diesen Prozess vollständig zu simulieren, aber sie haben gezeigt, dass ein Projektil, das in eine sich schnell drehende Welt stürzt, genug Erde abscheren, Theia vollständig zerstören und genug Haut von beiden abkratzen kann, um einen Mond und eine Erde mit den gleichen Isotopenverhältnissen zu erzeugen. Wie ein Töpfer auf einer Töpferscheibe.
Damit die Erklärung der sich schnell drehenden Erde korrekt ist, muss jedoch etwas anderes die Rotationsrate des Planeten auf seinen gegenwärtigen Zustand verlangsamen. In ihrer Arbeit von 2012 argumentierten Stewart und Chuck, dass die Erde für bestimmte Orbital-Resonanz-Wechselwirkungen den Drehimpuls auf die Sonne übertragen sollte. Später schlug Jack Wisdom vom Massachusetts Institute of Technology mehrere alternative Szenarien vor, um den Drehimpuls aus dem Erd-Mond-System zu extrahieren.
Keine der Erklärungen war jedoch zufriedenstellend. Die Modelle von 2012 konnten weder die Umlaufbahn des Mondes noch seine Chemie erklären, sagt Stewart. Und so präsentierte Simon Locke, ein Harvard-Absolvent und Stuart-Student zu dieser Zeit, letztes Jahr ein aktualisiertes Modell, das eine zuvor nicht sichtbare Planetenstruktur vorschlug.
Seiner Meinung nach verdampfte jedes Stück Erde und Teia und bildete eine geschwollene, geschwollene Wolke in Form eines dicken Donuts. Die Wolke drehte sich so schnell, dass sie einen Punkt erreichte, der als Ko-Rotationsgrenze bezeichnet wurde. An diesem äußeren Rand der Wolke kreiste das verdampfte Gestein so schnell, dass die Wolke eine neue Struktur annahm, wobei eine dicke Scheibe den inneren Bereich umkreiste. Wichtig ist, dass die Scheibe nicht wie die Saturnringe vom zentralen Bereich getrennt wurde.
Die Bedingungen in dieser Struktur sind unbeschreiblich höllisch; Es gibt keine Oberfläche, stattdessen Wolken aus geschmolzenem Gestein, wobei jeder Bereich der Wolke Regentropfen aus geschmolzenem Gestein bildet. Die Monde wuchsen in diesem Dampf, sagt Locke, bevor der Dampf schließlich abkühlte und das Erde-Mond-System zurückließ.
Angesichts der ungewöhnlichen Eigenschaften der Struktur waren Locke und Stewart der Ansicht, dass sie einen neuen Namen verdient. Sie versuchten es mit mehreren Versionen, bevor sie zu "Synesty" kamen, bei der das griechische Präfix "sin" für "zusammen" verwendet wird, und zur Göttin Hestia, die Heimat, Herd und Architektur darstellt. Dieses Wort bedeutet "verknüpfte Struktur", sagt Stewart.
„Diese Körper sind nicht das, was du denkst. Und sie sehen nicht so aus, wie du gedacht hast."
Im Mai veröffentlichten Locke und Stewart einen Artikel über die Physik der Synästhesie. Ihre Arbeiten zur Mond-Synästhesie stehen noch aus. Sie präsentierten es auf einer Planetenkonferenz und sagten, dass ihre Kollegen interessiert seien, aber der Idee kaum zustimmen. Vielleicht, weil Synestie nur eine Idee bleibt; Im Gegensatz zu Ringplaneten, die es im Sonnensystem gibt, und Protoplanetenscheiben, die es im Universum gibt, hat noch niemand einen einzigen gesehen.
Aber es macht Spaß, die Besonderheiten unseres Mondes zu erklären, wenn unsere Modelle nicht zu funktionieren scheinen.
Zehn Monde
Unter den natürlichen Satelliten des Sonnensystems ist der Mond der Erde aufgrund seiner Einsamkeit vielleicht der erstaunlichste. Merkur und Venus haben keine natürlichen Satelliten, teilweise aufgrund ihrer Nähe zur Sonne, deren Gravitationseffekt die Umlaufbahnen der Satelliten instabil macht. Der Mars hat winzige Phobos und Deimos, von denen einige glauben, dass sie von Asteroiden gefangen genommen werden. andere sprechen sich für große Körper aus, die auf den Mars fallen. Die Gasriesen haben viele Satelliten, sowohl harte als auch weiche.
Im Gegensatz zu diesen Satelliten zeichnet sich der Erdsatellit auch durch seine Größe und die physische Belastung aus. Der Mond macht weniger als 1 Massen-% der Erde aus, und die Gesamtmasse der Satelliten der äußeren Planeten beträgt weniger als 1/10 Prozent ihrer Eltern. Noch wichtiger ist, dass der Mond 80% des Drehimpulses des Erdsystems ausmacht -
Mond. Mit anderen Worten, der Mond ist für 80% der Bewegung des gesamten Systems verantwortlich. Für die äußeren Planeten beträgt dieser Wert weniger als 1%.
Vielleicht trug Luna diese Last nicht immer. Das Gesicht des Satelliten zeigt Anzeichen schwerer Bombenangriffe. Warum sollten wir dann annehmen, dass nur ein Schlag den Mond aus der Erde geformt hat? Laut Raluka Rufu, Planetenforscherin am Weizman Research Institute in Israel, hat sich der Mond möglicherweise im Verlauf vieler Kollisionen gebildet.
In einem im letzten Winter veröffentlichten Artikel argumentierte sie, dass der Satellit der Erde möglicherweise nicht original sei. Stattdessen wurde es eine Sammlung von Tausenden von Stücken - mindestens zehn, basierend auf ihren Berechnungen. Die Projektile flogen in verschiedenen Winkeln und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zur Erde und bildeten Scheiben, die zu „Mondtrümmern“verschmolzen und schließlich den Mond, den wir heute kennen, blendeten.
Planetenwissenschaftler haben ihre Arbeit zur Kenntnis genommen. Robin Canup, Mondwissenschaftler am Southwest Research Institute und Experte für Theorien der Mondbildung, sagt, die Theorie sei eine Überlegung wert. Es sind jedoch weitere Forschungsarbeiten erforderlich. Rufu ist sich nicht sicher, ob sich die Trümmer in die gleiche Richtung bewegten, so wie der Mond ständig in die gleiche Richtung schaut. Wenn ja, wie hätten sie überhaupt fusionieren können? Dies bleibt abzuwarten.
Inzwischen haben sich andere einer anderen Erklärung für die Ähnlichkeiten zwischen Erde und Mond zugewandt, die eine sehr einfache Antwort haben könnte. Von Synästien bis zu Mondgürteln können neue Physikmodelle - und neue Physik - kontrovers sein. Vielleicht ist der Mond der Erde nur ähnlich, weil Theia ähnlich war.
Gleich
Der Mond ist nicht das einzige "irdische" Ding im Sonnensystem. Gesteine wie Troctolite 76536 haben das gleiche Sauerstoffisotopenverhältnis wie terrestrische Gesteine sowie Gruppen von Asteroiden - Enstatit-Chondriten. Die Sauerstoffisotope dieser Asteroiden ähneln denen auf der Erde, sagt Miriam Telus, eine Kosmochemikerin, die Meteoriten an der Carnegie Institution in Washington untersucht. "Eines der Argumente ist, dass sie sich in heißen Bereichen der Scheibe gebildet haben, die näher an der Sonne liegen könnten", sagt sie. Sie können sich in der Nähe der Erde gebildet haben.
Einige dieser Felsen kamen zusammen, um die Erde zu bilden; andere bildeten Theia. Enstatit-Chondriten sind Restgesteine, die nie gesammelt oder groß genug geworden sind, um Mäntel, Kerne und vollständig geformte Planeten zu bilden.
Im Januar erklärte Nicholas Daufas, Geophysiker an der Universität von Chicago, dass die meisten Gesteine, die zur Erde wurden, Meteoriten vom Enstatit-Typ waren. Er argumentierte, dass alles, was sich in einer Region bildete, von ihnen gesammelt werden würde. Der Planetenbau erfolgte unter Verwendung der gleichen gemischten Materialien, die wir jetzt auf der Erde und auf dem Mond finden. Sie sehen gleich aus, weil sie gleich sind. Der riesige Körper, der den Mond bildete, hatte wahrscheinlich eine Isotopenzusammensetzung ähnlich der der Erde.
David Stevenson, ein Planetenforscher des California Institute of Technology, der die Ursprünge des Mondes untersucht hat, seit Theias Hypothese 1974 erstmals vorgestellt wurde, hält diese Arbeit für den wichtigsten Beitrag zur Kontroverse im vergangenen Jahr. Weil es sich auf ein Problem konzentriert, das Geochemiker seit Jahrzehnten zu lösen versuchen.
"Dies ist eine clevere Geschichte darüber, wie die verschiedenen Elemente, die es zur Erde schaffen, betrachtet werden sollten", sagt Stevenson.
Aber nicht alle sind sich einig. Es bleiben Fragen zu den Isotopenverhältnissen von Elementen wie Wolfram, bemerkt Stewart. Wolfram-182 wird von Hafnium-182 abgeleitet, daher funktioniert das Verhältnis von Wolfram zu Hafnium wie eine Uhr, um das Alter eines bestimmten Gesteins zu bestimmen. Wenn ein Gestein mehr Wolfram-182 als ein anderes hat, kann man mit Sicherheit sagen, dass sich das wolframreiche Gestein früher gebildet hat. Die genauesten Messungen zeigen jedoch, dass die Verhältnisse von Wolfram zu Hafnium für Erde und Mond gleich sind. Dazu mussten sich zwei Körper in besonderen Bedingungen befinden.
Basierend auf Materialien von Quanta
Ilya Khel
