Eine neue chemische Analyse von Mondmaterial, das von Apollo-Astronauten in den 1970er Jahren gesammelt wurde, widerspricht der weit verbreiteten Theorie, dass ein gigantischer Zusammenstoß zwischen der Erde und einem marsgroßen Objekt vor 4,5 Milliarden Jahren den Mond hervorgebracht hat.
Computersimulationen legen nahe, dass der Mond im Falle einer Riesenkollision zwei Eltern hatte: die Erde und einen hypothetischen Planetenkörper, den Wissenschaftler als „Theia“ bezeichnen. Eine von Junjun Zhang veröffentlichte vergleichende Analyse von Titan aus Mond, Erde und Meteoriten ist jedoch abgeschlossen Der Student für Geophysik an der Universität von Chicago und vier Mitautoren geben an, dass das Material des Mondes allein von der Erde stammt.
Nicolas Dauphas, außerordentlicher Professor für Geophysik in UChicago, hält Phiolen mit Material bereit, das während der Apollo 14-Mission vom Mond gesammelt wurde. Er und sein Doktorand Junjun Zhang arbeiteten in ihrer neuen Studie über den Ursprung des Mondes auch mit Proben aus den Apollo-Mondmissionen 15, 16 und 17. Bildnachweis: Lloyd DeGrane
Wenn zwei Objekte den Mond hervorgebracht hätten: "Genau wie beim Menschen hätte der Mond einen Teil des Materials von der Erde und einen Teil des Materials vom Impaktor geerbt, ungefähr die Hälfte", sagte Nicolas Dauphas, Associate Professor in geophysikalische Wissenschaften bei UChicago, und Co-Autor der Studie, die in der Ausgabe von Nature Geoscience vom 25. März erscheint.
„Wir haben festgestellt, dass das Kind im Vergleich zur Erde nicht anders aussieht“, sagte Dauphas. "Es ist ein Kind mit nur einem Elternteil, soweit wir das beurteilen können."
Das Forscherteam stützte seine Analyse auf Titanisotope - Formen von Titan, die nur geringfügige subatomare Variationen enthalten. Die Forscher wählten Titan für ihre Studie, weil das Element hoch feuerfest ist. Dies bedeutet, dass Titan in der Regel in einem festen oder geschmolzenen Zustand verbleibt und nicht zu einem Gas wird, wenn es enormer Hitze ausgesetzt wird. Der Widerstand von Titanisotopen gegen Verdampfung macht es weniger wahrscheinlich, dass sie in gleichen Mengen von der Erde und dem sich entwickelnden Mond aufgenommen werden.
Titan enthält auch verschiedene Isotopensignaturen, die in unzähligen Sternexplosionen vor der Geburt der Sonne geschmiedet wurden. Diese Explosionen schleuderten subtil verschiedene Titanisotope in den interstellaren Raum. Verschiedene Objekte im neu entstehenden Sonnensystem verschlungen diese Isotope auf unterschiedliche Weise durch Kollisionen und ließen Hinweise darauf zu, woher die Sonnenmaterialien einschließlich des Mondes stammten.
Planeten-DNA
„Wenn wir verschiedene Körper, verschiedene Asteroiden betrachten, gibt es verschiedene Isotopensignaturen. Es ist wie mit ihren verschiedenen DNAs “, sagte Dauphas. Meteoriten, die Teile von Asteroiden sind, die auf die Erde gefallen sind, enthalten große Unterschiede in Titanisotopen. Messungen an Land- und Mondproben zeigen, dass "der Mond eine streng identische Isotopenzusammensetzung zur Erde hat", sagte er.
"Wir dachten, der Mond hätte zwei Eltern, aber wenn wir uns die Zusammensetzung des Mondes ansehen, sieht es so aus, als hätte er nur einen Elternteil", sagte Zhang.
Zhang fand zunächst Unterschiede in der Titanisotopenzusammensetzung zwischen der Mond- und der Erdprobe. Anschließend korrigierte sie die Ergebnisse hinsichtlich der Auswirkungen der kosmischen Strahlung, die die Titanisotopenzusammensetzung der Mondproben hätte verändern können.
Die Erde und der Mond werden ständig von kosmischen Strahlen der Sonne und von weiter entfernten Quellen in der Galaxie bombardiert. Die Erdatmosphäre und das Magnetfeld verhindern, dass die meisten dieser Strahlen auf die Erdoberfläche gelangen, aber der Mond hat keinen solchen Schutz.
"Wir haben die Titanisotopenzusammensetzung mit Samarium und Gadolinium verglichen, da diese beiden Systeme sehr empfindlich auf den kosmischen Strahleneffekt reagieren", sagte Zhang. Die einzigen Kompositionsunterschiede, die die Wissenschaftler in Samarium und Gandolinium zwischen Erde und Mond erwarten, sind das Ergebnis der kosmischen Strahlung. "Wir fanden eine sehr schöne lineare Korrelation zwischen Titan und Samarium oder Gadolinium", sagte sie.
Zhangs Titananalysen untermauern die früheren Arbeiten anderer Forscher, die nach dem Vergleich von terrestrischen und lunaren Sauerstoffisotopen, die weniger feuerfest sind und daher bei einem riesigen Aufprall leichter vergasen als Titan, zu demselben Schluss kamen.
Mond-Rätsel
Das Rätsel um den Ursprung des Mondes zu lösen, wird sich wahrscheinlich als schwierig erweisen, da alle alternativen Szenarien für die Mondformation Nachteile haben.
Zum Beispiel ist es möglich, dass Titan, obwohl es feuerfest ist, beim riesigen Aufprall immer noch vergast und dann in die Scheibe aus erdumkreistem Material eingearbeitet wurde, die sich zum Mond entwickelt hat. Dies könnte die Signatur des Titans von Theia gelöscht haben, was die Beobachtungen des UChicago-Teams erklären könnte. Das Problem bei diesem Szenario ist, dass die Scheibe möglicherweise auf die Erde zurückgefallen ist, wenn zu viel Material zwischen den beiden Körpern ausgetauscht wurde.
Eine alte Idee, die lange aufgegeben wurde, ist, dass der Mond durch Spaltung von einer geschmolzenen, schnell rotierenden Erde nach einem riesigen Aufprall entstanden ist. Diese Idee erklärt die Ähnlichkeit zwischen Erde und Mond, aber wie sich eine so große, konzentrierte Masse schnell genug drehen könnte, um sich in zwei Teile zu teilen, bleibt problematisch.
Gemäß einem dritten Szenario kollidierte die Erde mit einem eisigen Körper ohne Titan. Es gibt jedoch keine rein aus Eis bestehenden Körper im Sonnensystem. "Sie hatten immer einen signifikanten Anteil an festem Material, so dass man immer noch erwarten würde, dass das Objekt etwas Titan liefert", sagte Dauphas.
Es ist auch möglich, dass Theia die gleiche Zusammensetzung wie die Erde hatte. Dies ist jedoch unwahrscheinlich, da allgemein angenommen wird, dass die Erde Material über zig Millionen Jahre in Kollisionen mit kleineren Körpern eingebaut hat, die aus verschiedenen Regionen des sich entwickelnden Sonnensystems einflogen.
"Wir dachten, wir wüssten, woraus der Mond besteht und wie er sich formt, aber auch 40 Jahre nach Apollo gibt es noch viel Wissenschaft zu tun mit den Proben, die sich in kuratorischen Einrichtungen der NASA befinden", sagte Dauphas.
Neuauflage mit Genehmigung der University of Chicago News.