Entstehung des Mondes

   

Seit dem 19. Jahrhundert sind zur Entstehung des Erde-Mond Systems mehrere Theorien entwickelt worden.
Eine gute Theorie muss mit den Eigenschaften des Erde-Mond Systems vereinbar sein und, wenn möglich diese sogar erklären.
Es müssen folgende Eigenschaften berücksichtigt werden:

  • Die Dichte des Mondes ist mit 3,3 g/cm³ deutlich geringer als die der Erde mit 5,5 g/cm³
  • Der Mond hat im Vergleich zur Erde ein großes Defizit an leicht flüchtigen Elementen und daraus zusammengesetzter Stoffe, z. B. Wasser, sowie an Eisen.
  • Die isotopische Zusammensetzung der Gesteine der Erdkruste und der Mondoberfläche ist nahezu identisch, im Gegensatz zum Rest des Sonnensystems.
  • Der Drehimpuls des Erde-Mond-Systems ist ungewöhnlich hoch.
  • Der Mond ist der einzige große Mond eines Planeten bei den inneren 4 Planeten.  
  • Das Volumenverhältnis Erde zu Mond ist mit 80 zu 1 ungewöhnlich niedrig.
 

Abspaltungstheorie

Diese Theorie wurde 1878 von G. H. Darwin (Sohn von Charles Darwin) entwickelt. Danach rotierte die Erde so stark in ihrer Frühphase, dass sich durch Instabilitäten ein Teil ablöste und den Mond bildete. Der Mond soll sich Danach aus dem pazifischen Becken heraus gelöst haben.

Pro     

  • Durch das herauslösen des Mondes aus dem Äquatorwulst, ist die Größe des Mondes gut zu erklären.
  • Die geringe mittlere Dichte des Mondes entspricht der Dichte des Erdmantels.

Kontra

  • Um den Drehimpuls des Erde-Mond Systems aufzubringen hätte die Erde mit einer Tageslänge von 2,5 Stunden rotieren müssen. Dafür gibt es keine Erklärung.
  • Die Bahnebene des Mondes ist zu stark gegen der Äquatorebene geneigt 
  • Keine Erklärung für das Defizit bei leicht flüchtigen Elementen
  • Wie konnte der Mond den Gezeitenkräften der Erde in ihrem Nahbereich widerstehen?
   
 
     

Einfangtheorie

Die Einfangtheorie wurde 1909 vorgeschlagen und besagt, dass sich der Mond als eigenständiges Planetesimal an einem anderen Ort im Sonnensystem gebildet hat und bei einer engen Begegnung mit der Erde eingefangen wurde.

Pro

  • Erklärt den hohen Drehimpuls des Erde-Mond Systems
  • Der Unterschied der Dichte von Erde und Mond lässt sich mit dieser Theorie erklären.

Kontra

  • Der Mond müsste der Erde kurz so nah gekommen sein, dass er zerrissen worden währe.
  • Sie erklärt nicht warum der Mond ein Defizit an leichtflüchtigen Elementen als auch an Eisen aufweist.
  • Bei der Erklärung der Ähnlichkeit der isotopischen Zusammensetzung versagt sie völlig.
 

Schwesterplanet-Theorie

Diese Theorie wurde 1944 von Carl Friedrich von Weizsäcker entwickelt auf der Grundlage des Entwurfs von Immanuel Kant aus dem Jahr 1755. Danach entwickelten sich Erde und Mond aus einer gemeinsamen Verdichtung direkt zu einem Doppelplaneten.

            Kontra

  • Die Unterschiede an leichtflüchtigen Elementen als auch an Eisen ist unerklärbar.
  • Für die unterschiedlichen Bahndrehimpulse von Erde und Mond gibt es keine Erklärung.
  • Auch die Neigung der Mondbahn gegenüber der Erdbahn ist unverständlich.
     
 
     

Öpik-Theorie

Ernst Öpik schlug 1955 eine Theorie vor, die man zwischen der Abspaltungs- und der Schwesterplanet-Theorie einordnen kann. Die von einem Ringsystem aus eingefangenen Gesteinstrümmern umgebene Proto-Erde heizte sich im Laufe ihrer Entwicklung durch die permanenten Einschläge auf etwa 2000 °C auf und dampfte große Materiemengen wieder ab. Während der Sonnenwind die leichteren Elemente weggeblasen hat, kondensierten die schwereren und bildeten zusammen mit Teilen des Ringsystems den Proto-Mond. Diese Aufheizung erfolgte erst in einer späten Phase der Erdentstehung, so dass durch einen bereits ausgebildeten Erdkern der Anteil von Eisen in den Mantelschichten der Proto-Erde schon deutlich verringert war.

Pro

  • Erklärt die festgestellte Gesteinzusammensetzung gut.

 
Kontra

  • Keine Erklärung für den Drehimpuls des Erde-Mond Systems.
 

Viele –Monde-Theorie

Diese Theorie war Anfang der sechsziger Jahre des 20. Jahrhunderts populär. Grundlegender Gedanke ist, dass es für die Erde einfacher ist, mehrere kleine als einen großen Himmelskörper einzufangen. Wenn nun sechs bis zehn kleine Monde von der Erde eingefangen werden und diese umkreisen, so wandern die Bahnen dieser Monde aufgrund der Gezeitenwirkung nach außen. Im Laufe von einer Milliarde Jahren stoßen die kleinen Monde dann zusammen, und aus den Bruchstücken entsteht der Erdmond.

            Kontra

  • wurde durch die Analyse der Gesteinsproben der Apollo-Missionen (isotopische Zusammensetzung) widerlegt.
  • Auch ist nicht plausibel, warum die Vereinigung vieler Monde zu einem einzigen, ungewöhnlich großen nur bei der Erde abgelaufen sein soll, während der Mars weiterhin zwei separate kleinere Monde hat und die inneren Planeten ansonsten überhaupt keine Monde besitzen.
  • Der lange Zeitraum, der für einen Gezeitenkraft-basierenden Vereinigungsprozess anzusetzen wäre, ließe erwarten, dass die inneren Planeten immer noch von einer Fülle kleiner Monde umkreist werden, bei denen die Vereinigung (noch) nicht stattgefunden hat.
 
   

Kollisionstheorie

Erst im Zusammenspiel mit der langsam wachsenden Erkenntnis, dass die Verhältnisse im frühen Sonnensystem ganz wesentlich chaotischer gewesen sein müssen als heute, nach fast 5 Milliarden Jahren, in denen sich ein stabiles Gleichgewicht zwischen den Himmelskörpern eingestellt hat, konnte ein weiteres Modell der Mondenstehung aufgezeigt werden. Computersimulationen haben gezeigt, dass die Erde kurz nachdem der Planetenkörper ("Gaia" genannt, die personifizierte Erde) weitgehend in einen schwereren Kern und einen leichteren Mantel ausdifferenziert war, mit einem etwa marsgroßen Himmelkörper ("Thaia" genannt, Mutter der Mondgöttin Selene) zusammenstieß.
Dieser kosmische Kataklysmus zerriss den auftreffenden Planetoiden und sprengte die obersten Schalen der jungen Erde ab und schleuderte sie in den umliegenden Raum. Aus den Trümmern der Kollision bildete sich sofort (d. h. in weniger als 100 Jahre) der Proto-Mond, der rasch alle restlichen Trümmer einsammelte und sich nach knapp 10.000 Jahren zum Mond mit annähernd heutiger Masse verdichtet haben muss. Er umkreiste die Erde damals in einem Abstand von nur rund 60.000 km, was zu extremen Gezeitenkräften geführt haben muss, die Erde und Mond eiförmig deformierten. Aufgrund der extremen Reibung der bewegten flüssigen Gesteine führte das zu einer schnellen Abbremsung der Rotation um den gemeinsamen Schwerpunkt, worauf sich Erde und Mond von einander entfernten. Die heutige Geschwindigkeit der Erdrotation ist demnach durch diese frühen Vorgänge beeinflusst.

            Pro

  • Erklärt die Bahn des Mondes
  • Und die chemische Zusammensetzung
  • Bei der Kollision wurde ein hoher Drehimpuls in das Erde – Mond – System eingebracht.

Kontra

  • Woher die so genannte Thaia gekommen sein könnte, ist noch nicht annähernd geklärt. Neueste Berechnungen zeigen, dass sich die entsprechenden Massen für die Entstehung eines solchen Urplaneten sogar auf der Erdbahn selbst an einem der Librationspunkte (diejenigen zwei Punkte auf der Erdbahn, an denen sich die Gravitation von Erde und Sonne gegenseitig aufheben) gesammelt haben könnten und von dort dann durch relativ geringfügige Verschiebungen in Richtung Erde zur Kollision getrieben worden sein könnten.
  • Wahrscheinlichkeit einer Kollision ist sehr niedrig.
 

Zur Wahrscheinlichkeit einer Entstehung und Kollision muß ergänzend hinzugefügt werden:
Thaia hat sich als Zweiter Protoplanet auf der Erdbahn gebildet. Solch koorbitalen Objekte sind häufiger zu finden (Beispiel Saturn Monde Tethys oder Janus und Epimetheus)
Da Thaia zunächst nur wenig Masse besaß, konnte sie sich im Librationspunkt 4 der Erde bilden. Dieser Punkt liegt, zusammen mit L5, auf der Erdbahn. Sie sind jedoch Sonderfälle für ein System aus Drei Körpern und nur für Körper mit deutlich kleinerer Masse als der Hauptkörper stabil.
Kleine Bahnstörungen werfen den Himmelskörper dann nicht aus dem Librationspunkt. Der Protoplanet wuchs jedoch weiter. Als er 10% der Erdmasse erreicht hatte wurde der Librationspunkt instabil für ihn. Schon eine kleine Bahnstörung genügte nun, um den Protoplaneten  aus diesem Punkt zu werfen. Jetzt wurde Thaia vom nahesten Körper, der Erde, angezogen.  

 

Diese Entstehungstheorie erklärt heute am besten die Ähnlichkeit des Mondgesteins mit den Gesteinen der Erdkruste. Zudem werden die Gegenargumente warum sich die zwei Protoplaneten auf der Erdumlaufbahn bilden konnten mit dem Modell des Materie Ansammelns im Librationspunkt entkräftet.
Einziger offener Punkt ist die Kollisions-Wahrscheinlichkeit.

 

Podcast "Sterengeschichten" Folge 149

letztes Update 12.7.2016