Neues Modell erklärt Erde-Mond-System

Eine heftigere Kollision der Urerde mit einem marsgroßen Himmelskörper und die Abgabe von Drehimpuls an die Erdumlaufbahn lösen bislang ungeklärte Rätsel der Mondentstehung. Einem neuen Szenario zufolge führte die hohe Energie des Zusammenstoßes zu einer vollständigen Vermischung der Materie beider Körper. Und der Transfer von Drehimpuls brachte den Mond auf seine heutige Bahn. Zudem sorgte dieser Effekt auch für die klimatisch günstige Achsneigung der Erde, so ein Wissenschaftlerteam im Fachblatt „Nature“.

„Jeder Körper im Sonnensystem hat seine eigene spezifische chemische Zusammensetzung“, erklärt Sarah Steward von der University of California in Davis. Doch Mond und Erde ähneln sich in ihrer Zusammensetzung stärker, als es den Forschern lieb ist. Denn nach dem heute allgemein akzeptierten Modell ist der Mond in der Frühphase des Sonnensystems durch den Zusammenstoß der Urerde mit einem marsgroßen Himmelskörper entstanden. Dieser „Theia“ genannte Körper muss eine andere Zusammensetzung gehabt haben als die Urerde – doch dieser Unterschied spiegelt sich heute nicht mehr in der Zusammensetzung von Erde und Mond wider.

Vor ein weiteres Problem stellt die Forscher die Umlaufbahn des Mondes. Nach der Kollision sollten sich die Trümmer in einer Scheibe um den irdischen Äquator gesammelt haben, aus der schließlich der Erdtrabant hervorging. Doch der Mond zieht seine Bahn nicht in der Äquatorebene der Erde, sondern um fünf Grad dagegen geneigt.

Das neue Szenario von Steward und ihren Kollegen löst beide Probleme auf einen Schlag. Die Wissenschaftler gehen von einem so heftigen Zusammenprall aus, dass beide Körper komplett geschmolzen sind und sich ihre Materie deshalb vollständig vermischen konnte. Eine so energiereiche Kollision würde die Rotation der Erde allerdings auf eine Umdrehungszeit von zwei Stunden beschleunigen – und die Rotationsachse der Erde wäre so gekippt, dass sie in der Bahnebene der Erde um die Sonne liegen würde.

Die heutige Konfiguration des Erde-Mond-Systems habe sich erst später entwickelt, so Steward und ihre Kollegen. Zum einen entfernt sich der Mond aufgrund der Gezeitenreibung allmählich von der Erde, während die Rotationsdauer der Erde abnimmt. Zum anderen traten zwei Ereignisse auf, die einen starken Einfluss auf die Entwicklung nahmen: Im sogenannten Laplace-Übergang wurde Drehimpuls vom Erde-Mond-System auf das Sonne-Erde-System übertragen. Das beeinflusste die Umlaufbahn der Erde kaum, brachte aber die Rotationsachse der Erde in ihre heutige Stellung. Der Mond bewegte sich danach weiterhin in einer stark gekippten Umlaufbahn um die Erde, bis es zum sogenannten Cassini-Übergang kam. Dadurch kippte die Umlaufbahn des Erdtrabanten in seine heutige Lage.

Während bisherige Lösungsansätze zusätzliche Effekte benötigten, um die Probleme des Erde-Mond-Systems zu lösen, liefert das neue Szenario auf natürliche Weise die heutige Konfiguration, freut sich Steward: „Ein großer Einschlag setzt die richtige Kette von Ereignissen in Gang!“