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Mondforschung: Schärferer Blick auf die Entstehung des Mondes

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Gemäß des heute anerkannten Modells entstand der Mond, als der Glutball der jungen Erde vor 4,5 Milliarden Jahren mit einem marsgroßen Himmelskörper namens Theia kollidierte und die dabei ausgeworfene Magmawolke verklumpte. Doch Wissenschaftler aus den USA und der Schweiz decken nun auf, dass gewisse Aspekte der Mondentstehung noch nicht vollständig verstanden sind.

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Mond in Falschfarben | Dieses Falschfarbenmosaik wurde aus 53 Aufnahmen, welche die Jupitersonde Galileo beim Vorbeiflug an unserem Mond aufnahm, konstruiert. Die erdzugewandte Seite des Mondes befindet sich in der linken Bildhälfte. Die Falschfarben stellen Unterschiede in der oberflächlichen Zusammensetzung des Mondes dar. Rosafarbene Gebiete sind Mondhochländer, blaue und orange Farbtöne zeigen erstarrte Laven an. Dunkelblaue Oberflächen sind titanreiche Gesteine. Relativ junge Einschlagkrater sind an der hellblauen Farbe zu erkennen.
Nach dem Kollisionsmodell müsste die heutige Zusammensetzung des Mondes anders als diejenige der Erde sein. Das Material von Theia, ähnlich demjenigen von Meteoriten, hätte sich bei dem Zusammenstoß mit dem der Erde vermischt und so seine Spuren im Mondgestein hinterlassen. Irdisches Gestein unterscheidet sich deutlich von Meteoriten, und diese variieren stark in ihrer Zusammensetzung.

Die Forscher um Junjun Zhang von der University of Chicago analysierten nun das Verhältnis der beiden Isotope Titan-47 und Titan-50 in irdischen Gesteinen und Mondgesteinen, welche die Apollo-Astronauten in den 1970er Jahren zur Erde gebracht hatten. Dank neuer Methoden mit deutlich höherem Auflösungsvermögen kamen sie zu einem eindeutigen Ergebnis: Die Titan-Isotopenverhältnisse in Erd- und Mondgestein stimmen auf 0,004 Promille überein.

Die Wissenschaftler liefern verschiedene Erklärungsansätze, um den Widerspruch aufzulösen. Die offensichtliche Möglichkeit ist, dass der Großteil des Mondgesteins irdischer Natur ist; dies lässt sich jedoch nicht mit den Ergebnissen aufwändiger Computersimulationen der Kollison von Urerde und Theia vereinen. Nach diesen sollte der Mond zu mindestens 40 Prozent aus Gestein von Theia bestehen. Alternativ könnte die Zusammensetzung der Theia fast identisch mit derjenigen der jungen Erde gewesen sein; so wäre das Mondgestein als Produkt des Zusammenstoßes nicht vom dem der heutigen Erde zu unterscheiden. Die Autoren schließen jedoch, dass diese Erklärung relativ unwahrscheinlich ist: Bereits untersuchte Isotopenverhältnisse anderer Elemente deuten auf eine unterschiedliche Zusammensetzung von Theia und Urerde hin.

Die dritte Möglichkeit ist, dass die Wolke aus verdampftem und verflüssigtem Gestein nach dem Einschlag der Theia eine Angleichung zwischen Erde und Mond erlaubte. Die Analyse des Sauerstoff-Isotopenverhältnisses belegt bereits eine große Ähnlichkeit zwischen Erde und Mond; doch im Gegensatz zu metallischem Titan ist Sauerstoff sehr flüchtig und konnte leicht zwischen der jungen Erde und dem neugeborenen Mond ausgetauscht werden. Die Wissenschaftler halten einen effektiven Transport von Titan unter bestimmten Bedingungen ebenfalls für möglich. Weitere Untersuchungen seien aber nötig, um diese Frage zu klären.

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