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News: So entstand der Mond

Längst gilt als bewiesen, dass der Mond infolge der Kollision der Erde mit einem marsgroßen Planeten entstand. Allerdings gab es einige Ungereimtheiten, die nun mithilfe eines noch höher aufgelösten Computermodells gelöst scheinen.
Die Erde war noch jung, als sie in den größten anzunehmenden Unfall verwickelt war: der Kollision mit einem anderen Planeten. Etwa so groß wie der Mars muss er gewesen sein, als er etwas schräg auf die Erde knallte. Bis zum Kern wurde sie zerfetzt, große Teile waren geschmolzen, schleuderten ins All, wurden hin- und hergerissen zwischen den komplexen Schwerefeldern kleiner und großer Brocken und vereinigten sich endlich wieder. Nach ein oder zwei Tagen war Ruhe eingekehrt - und die Erde nicht mehr allein, der Mond war entstanden.

Seit mehr als zehn Jahren ist dieses Szenario im Wesentlichen unumstritten. Viele chemische, physikalische und astronomische Parameter lassen kaum einen anderen Schluss zu. Allein die numerischen Simulationen der dramatischen Ereignisse standen bislang auf schütterer Basis. Was kaum verwundert, solche Modelle sind nichts für schwache Programmierer-Herzen. Schließlich gilt es nicht nur, die physikalischen Prozesse von Kollisionen und dem Schmelzen und Verdampfen von Gesteinen zu berücksichtigen, sondern auch die Schwerefelder der herausgeschleuderten Massen. Und dann zeugen die Drehmomente von Erde und Mond auch noch davon, dass der Einschlag eben nicht frontal, sondern seitlich erfolgte. Ergo müssen die Forscher das ganze Problem dreidimensional anpacken.

Seit Beginn des Computerzeitalters wurden zahlreiche Programme zur Simulation von Explosionen oder Kollisionen entwickelt, für die Rekonstruktion der Mondentstehung fehlte ihnen lange Zeit indes ein wesentlicher Parameter: die Eigengravitation herausgesprengter Erdteile. Die Lösung dieses Problems bot kürzlich das Verfahren der smoothed particle hydrodynamics (SPH), mit dem sich hydrodynamische Probleme simulieren lassen und das die Auswirkungen von Kollisionen und Eigengravitationen berücksichtigt.

Robin Canup vom Southwest Research Institute in Boulder und Erik Asphaug von der University of California in Santa Cruz haben sich dieses Verfahrens bedient und ihre "Modellerde" aus vielen numerischen Einheiten zusammengesetzt. Jedem dieser so genannten Partikel ordneten sie die entsprechenden physikalischen Eigenschaften zu, sodass sie untereinander wechselwirken konnten.

Je höher die Zahl der Partikel, umso genauer ist das Modell - ähnlich einem gerasterten Foto, dessen Schärfe von der Zahl der Pixel abhängt. Während sich Alastair Cameron vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics im vergangenen Jahr noch mit 3000 Partikeln begnügte, rechneten Canup und Asphaug nun mit 20 000 Partikeln, die zusammen den jungen Planeten abbildeten.

Camerons Ergebnisse ließen noch vermuten, dass die Kollision 30 Millionen Jahre nach der ersten Zusammenballung einiger Asteroiden entstand und die Erde erst halb fertig war. Der Forscher warf damit neue Fragen auf, denn niemand konnte sich erklären, wie die Erde nach diesem Ereignis so große Mengen von Eisen und leichtflüchtigen Bestandteilen anreichern konnte, während der Mond dies nicht tat. Schließlich hätten sich Mond und Erde von dem gleichen Material des frühen Sonnensystems bedient. Der Mond verfügt aber nur über einen vergleichsweise geringen Anteil dieser Bestandteile.

Das Modell von Canup und Asphaug ist jedoch von viel höherer Auflösung, und es legt nahe, dass die Kollision später erfolgte, vielleicht 50 oder 70 Millionen Jahre, nachdem die ersten Asteroiden einen Klumpen bildeten. Zu dieser Zeit war die Erde fast vollkommen erwachsen; eine Kollision zu diesem Zeitpunkt erklärt die heutigen Kräfteverhältnisse zwischen Erde und Mond genauso wie die Tatsache, dass unser Trabant vergleichsweise arm an Eisen ist.

Sicher ist auch damit noch nicht das letzte Wort über die Geburt des Mondes gesprochen. Jay Melosh von der University of Arizona merkt beispielsweise an, dass auch dieses Modell noch nicht die thermodynamischen Eigenschaften der komplexen Minerale zu berücksichtigen vermag, aus denen Erde und Mond bestehen. Ob fest, geschmolzen oder gasförmig, wie sich die Silikate genau verhalten, ist ist noch immer nicht vollends erforscht.

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