Planetesimale kippten Mondbahn

Nah vorübergehende Planetesimale – übrig gebliebene Bausteine der Planetenentstehung – haben die Bahn des Mondes in ihre heutige Lage gekippt. Zu diesem Schluss kommen zwei Forscher aus Frankreich auf der Basis von Computersimulationen der frühen Entwicklung des Mondes. Mehrere tausend Begegnungen mit maximal fünf solcher Objekte, die schließlich auf die Erde stürzten, können demnach die heutige Mondbahn erklären, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Der Mond ist nach heutigen Erkenntnissen aus den Trümmern einer Kollision der Proto-Erde mit einem marsgroßen Planetenbaustein entstanden“, sagen Kaveh Pahlevan und Alessandro Morbidelli von der Université Côte d’Azur in Nizza. Die Trümmer sammelten sich zunächst in einer Scheibe in der Äquatorebene der Erde – und entsprechend zog auch der Mond in seiner Entstehungsphase seine noch sehr nah an der Erde liegende Bahn zunächst in dieser Äquatorebene. Die starken Gezeitenkräfte kippten den Orbit dann in die Ekliptik, die Bahnebene der Erde um die Sonne.

Doch heute ist die Bahn des Mondes um fünf Grad gegen die Ekliptik geneigt. Dafür gibt es bislang keine Erklärung: Simulationen der Entwicklung des Mondorbits liefern eine solche Neigung nur, wenn die ursprüngliche Mondbahn um mindestens zehn Grad gegen die Äquatorebene geneigt war – mehr als das Zehnfache dessen, was die Modelle der Mondentstehung vorhersagen. Mit zahlreichen theoretischen Ansätzen haben Forscher versucht, dieses Dilemma zu lösen – etwa mit Resonanzeffekten der Mondbahn mit dem Orbit der Erde um die Sonne oder Wechselwirkungen mit den Überresten der Trümmerscheibe. Doch all diese Ansätze erfordern eine als unwahrscheinlich empfundene Feinabstimmung der physikalischen Parameter.

Die Simulationen von Pahlevan und Morbidelli liefern die heutige Neigung der Mondbahn im Gegensatz dazu nun als natürliche Konsequenz der Prozesse der Planetenbildung. Zur Zeit der Mondentstehung gab es nur noch wenige Planetesimale, die auf ungeordneten Bahnen durch das Sonnensystem kreuzten. Einige wenige dieser Körper stürzten noch nach der Entstehung des Mondes auf die Erde. Doch diese wenigen Körper zogen vorher, so zeigen die Simulationen, jeweils mehrere tausend Male durch das Erde-Mond-System und konnten dadurch einen kumulativen Effekt auf die Mondbahn ausüben.

Robin Canup vom Southwest Research Institute in Boulder im US-Bundestaat Colorado schreibt – ebenfalls in „Nature“ – dass dieses Szenario ein weiteres Problem löst: Nämlich die Frage, woher die wertvollen Metalle wie Platin und Gold in der Erdkruste stammen. Denn diese Stoffe sind siderophil, also „Eisen liebend“. Sie hätten demnach mit dem Eisen zusammen in den Erdkern absinken müssen. Doch eben die Planetesimale, die den Orbit des Mondes kippten, brachten schließlich neue wertvolle Metalle zur Erde. Und zwar in einem so späten Stadium der Erdentstehung, dass sie in der Kruste verblieben und nicht mehr ins Innere absanken.