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Sonnensystem: Mars entstand deutlich schneller als die Erde

Mars
Vor rund 4,5 Milliarden Jahren verklumpten in der Gas- und Staubscheibe um die junge Sonne die ersten Partikel, wuchsen allmählich an zu riesigen Materiebrocken, zehn bis hundert Kilometer groß, von denen sich einige schließlich zu den heutigen Gesteinsplaneten vereinten. Wie Analysen von Meteoriten nun zeigen, häufte der Mars seine Masse dabei wohl um ein Vielfaches schneller an als die Erde. Dieses Ergebnis erklärt womöglich auch, warum der Rote Planet deutlich kleiner ist als der Blaue.

Nicolas Dauphas von der University of Chicago im US-Bundesstaat Illinois und Ali Pourmand von der University of Miami im US-Bundesstaat Florida untersuchten Isotope der Elemente Hafnium und Wolfram in 20 Marsmeteoriten. Da das radioaktive Hafnium-182 mit einer Halbwertszeit von neun Millionen Jahren in Wolfram-182 zerfällt, lässt sich anhand der nun gemessenen relativen Häufigkeiten das Alter des Marsgesteins abschätzen.

Den Forschern zufolge entstand das Meteoritenmaterial als sich der Marskern formte; zu dieser Zeit sollte der Planet zudem just seine heutige Masse erreicht haben. Einfach übertragen lässt sich das Alter allerdings nicht. Denn das nun ermittelte Hafnium-Wolfram-Verhältnis muss nicht zwingend mit der ursprünglichen chemischen Zusammensetzung des Marsmantels übereinstimmen. Womöglich hat sich die Komposition des Meteoritengesteins verändert, etwa durch Schmelzprozesse. Um diese Unsicherheit zu umgehen, analysierten die beiden Forscher auch 30 sogenannte Chondriten – die weitaus häufigsten und gleichzeitig ältesten Meteoriten, deren Zusammensetzung seit Beginn des Sonnensystems nahezu unverändert geblieben ist.

Die inneren Planeten im Sonnensystem | Merkur, Venus, Erde und Mars im direkten Vergleich: Der Mars (ganz rechts im Bild) besitzt einen Durchmesser von rund 6794 Kilometern, während die Erde mit einem Durchmesser von 12 750 Kilometern fast doppelt so groß ist.
Dauphas und Pourmand nehmen an, dass sich das Verhältnis des Elements Thorium zu Hafnium im Marsgestein nicht von demjenigen in den Chondriten unterscheiden dürfte. Zudem sollte das Verhältnis von Thorium zu Wolfram in den Marsmeteoriten über die Zeit relativ konstant geblieben sein. Indem das Forscherteam diese beiden Messwerte kombinierte, konnte es schließlich berechnen, wann sich der Kern des Planeten tatsächlich gebildet hat. Während die Erde erst 50 bis 100 Millionen Jahre nach der Geburt des Sonnensystems ihre endgültige Größe erreichte, hatte der Mars sich anscheinend bereits nach zwei bis vier Millionen fast vollständig entwickelt, so das Resultat. Bisher veranschlagten Wissenschaftler hierfür bis zu 15 Millionen Jahre.

Die vergleichsweise kurze Entstehungsphase könnte auch dafür verantwortlich sein, dass der Mars nur elf Prozent der Erdmasse aufbringt. Möglicherweise blieb er auf einer Entwicklungsstufe vor den übrigen Gesteinsplaneten stecken, erläutert Dauphas. Derartige Vorläufer mit Durchmessern von 1000 bis 5000 Kilometern sollten nämlich noch mindestens einmal miteinander kollidieren, um einen erdähnlichen Planeten hervorzubringen. Die Erde prallte vermutlich 50 bis 150 Millionen Jahre nach der Geburt des Sonnensystems das letzte Mal mit einem marsgroßen Himmelskörper zusammen, woraufhin sich der Mond formte.

Maike Pollmann

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  • Quellen
Nature 473, S. 489–493, 2011

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