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Mond könnte nach Kollision in nur fünf Stunden entstanden sein
Bei der Kollision der jungen Erde mit Theia könnte ein bislang meist vernachlässigter Faktor entschieden haben, ob der Mond direkt entstand oder erst aus einem Trümmerring wuchs. Neue Simulationen berücksichtigen die temperaturabhängige Festigkeit der beiden Körper. Unter bestimmten kühleren Bedingungen bildet sich darin schon nach rund fünf Stunden ein weitgehend intakter Mondkörper.
San Antonio (U.S.A.). Der Erdmond geht sehr wahrscheinlich auf eine gewaltige Kollision der jungen Erde mit dem marsgroßen Protoplaneten Theia zurück, doch wie aus dem Einschlag unser Trabant hervorging, ist weiterhin unklar. Hochauflösende Simulationen zeigten bereits 2022, dass ein großer Mondkörper direkt nach dem Zusammenstoß in eine Erdumlaufbahn gelangen kann.
Forscher des Southwest Research Institute (SwRI) um Dr. Adeene Denton haben nun einen weiteren Faktor untersucht, der den Ablauf stark verändern könnte. Ihre Computermodelle berücksichtigen erstmals bei diesem Szenario die temperaturabhängige geologische Festigkeit von Erde und Theia, während frühere Simulationen bei den enormen Einschlagsenergien meist annahmen, dass die Materialfestigkeit keine wesentliche Rolle spielt.
„Wir haben entdeckt, dass die bereits vorhandene Geologie des marsgroßen Proto-Mondes eine Rolle spielt. Wenn man Erde und Mond als kollidierende Körper mit geologischen Eigenschaften simuliert, verändert das, wie der Mond aus diesem Einschlag entsteht. Das ist etwas, das wir zuvor für unnötig hielten“, sagt Dr. Adeene Denton.
Entscheidend ist dabei die Temperatur, denn heißes Gestein verhält sich mechanisch schwächer als kühleres Material. In drei ansonsten gleichen Simulationen mit berücksichtigter Festigkeit variierten die Forscher die Oberflächentemperatur auf ungefähr 400, 800 und 2.000 Kelvin und verfolgten den Verlauf unter anderem nach 0,5, fünf, zwölf und 24 Stunden.
Die unterschiedlichen Ausgangstemperaturen führten zu grundlegend verschiedenen Ergebnissen. Bei heißeren und damit schwächeren Körpern kann Theia weitgehend zerlegt werden, sodass eine Trümmerscheibe um die Erde entsteht, aus der sich der Mond erst später zusammensetzt. Bei kühleren und festeren Ausgangskörpern kann dagegen ein großer, weitgehend intakter Mondkörper unmittelbar aus der Kollision hervorgehen.
„Je nachdem, wie heiß Erde und Theia vor der Kollision sind, kann der Einschlag Theia zerstören und diese gewaltige Trümmerscheibe erzeugen, aus der schließlich der Mond entsteht. Als ich aber dieselben Parameter wie in den ursprünglichen Einschlagsmodellen verwendete, bis hin zu gleichen Temperaturstrukturen in beiden Körpern, entstand innerhalb von rund fünf Stunden ein intakter Mond“, sagt Denton.
Ein intakter Mond unmittelbar nach einem Rieseneinschlag ist nicht völlig neu, doch nach Angaben des Teams zeigt die neue Studie erstmals, dass Gesteinsfestigkeit und Temperatur maßgeblich mitentscheiden können, welcher Bildungsweg eintritt. Das verändert die Interpretation früherer Modelle, in denen diese Materialeigenschaft vernachlässigt wurde.
Die Temperatur könnte außerdem einen Bezug zum Zeitpunkt der Kollision herstellen, weil Protoplaneten ihre Entwicklung heiß beginnen und mit zunehmendem Alter abkühlen. Wenn die Festigkeit davon abhängt, könnte ein früherer, heißerer Einschlag andere Ausgangsbedingungen für den Mond geschaffen haben als eine spätere Kollision bereits stärker abgekühlter Körper.
Offen bleibt zugleich eines der hartnäckigsten Probleme der Mondentstehung, denn Erde und Mond ähneln sich in ihrer Zusammensetzung ungewöhnlich stark, obwohl Theia als eigenständiger Protoplanet beteiligt gewesen sein soll. Eine mögliche Erklärung ist, dass Theia und die junge Erde in derselben Region der protoplanetaren Scheibe entstanden und deshalb von Beginn an ähnliches Material besaßen.