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Mars-Begleiter: Woher kommen die Marsmonde?

Computersimulationen legen nahe: Die Monde des Mars könnten auf ähnliche Weise entstanden sein wie der Erdmond. Das stützt eine jahrzehntealte Hypothese.
Marsmond Phobos

Im Sonnensystem kreisen 172 Monde um acht Planeten – allerdings kaum im inneren Sonnensystem aus Merkur, Venus, Erde und Mars. Hier finden sich neben dem Erdmond lediglich zwei weitere Monde: Phobos und Deimos, die den Mars begleiten. Ihre Namen stammen aus der griechischen Mythologie und bedeuten "Furcht" und "Schrecken". Dort sind die beiden die Söhne und Begleiter des Kriegsgottes Ares, dessen Name auf Latein Mars lautet. Und mit Furcht und Schrecken könnte auch die Entstehung der beiden Monde verbunden gewesen sein: Wie zwei Forschergruppen unabhängig voneinander aus Computersimulationen schließen, könnten Phobos und Deimos aus dem gewaltigen Einschlag eines Objekts auf dem Mars hervorgegangen sein.

Phobos | Der Marsmond Phobos, fotografiert vom Orbiter der Sonde Viking 1. Links ist der etwa zehn Kilometer große Krater Stickney zu erkennen.

Drei gängige Theorien beschreiben, wie die Monde im Sonnensystem entstanden sein könnten: Zum einen haben sich vielleicht Scheiben von Staub und Dreck um ihre Wirtsplaneten aus kleinen Keimen zu ihrer endgültigen Größe zusammengefunden. Aus einer solchen Akkretionsscheibe um die Sonne sind auch die Planeten selbst hervorgegangen. Alternativ können die Monde eingefangene Asteroiden sein, die die Planeten durch ihre gravitative Anziehungskraft in eine Umlaufbahn zwangen. Diese Hypothese galt bislang als am wahrscheinlichsten für den Ursprung von Phobos und Deimos. Die dritte Möglichkeit: ein Einschlag eines Großkörpers aus dem All auf einem Planeten. Falls bei einem solchen Ereignis genügend Material in den Weltraum hinausgeschleudert wird, können sich daraus Trabanten formen. Diese Erklärung gilt als die wahrscheinlichste für die Entstehung des Erdmonds.

Phobos und Deimos ähneln ihrer Größe nach typischen Asteroiden. Ihr von Kratern vernarbtes Antlitz und die kartoffelige Form stützen diese Vermutung. Der Verdacht liegt nahe, der Mars habe sich die beiden Begleiter mittels seiner Gravitation aus dem nahe gelegenen Asteroidengürtel gemopst.

Es gibt aber auch Hinweise, die gegen eine Asteroiden-Herkunft der Monde sprechen. Glaubte man früher, die Zusammensetzung, die Dichte und die optischen Eigenschaften der Oberfläche der beiden Himmelskörper deuteten auf eine Vergangenheit als Asteroiden hin, säen neuere Untersuchungen Zweifel. Die europäische "Mars Express"-Mission und das "Mars Global Surveyor"-Projekt der NASA trugen dazu maßgeblich bei.

Phobos in Farbe | Die amerikanische Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) fotografierte im März 2008 den Marsmond Phobos in bis dahin unerreichter Qualität.

Die Umlaufbahnen der Marsmonde sind kreisförmig, wie man es erwarten würde, wenn sie aus einer Materiescheibe entstanden sind. Eingefangene Asteroiden würden stattdessen einer elliptischeren Bahn folgen. Auch die geringe Bahnneigung der Monde, die in etwa parallel zum Äquator des Mars verläuft, dürfte allenfalls durch Zufall bei einem Einfang von Asteroiden zu Stande kommen. Zudem dreht sich der Mars zu schnell um seine Achse. Ein Fremdkörper könnte den nötigen Schwung von außen mitgebracht und den müden Mars beim Einschlag in Drall versetzt haben. Ein solcher Einschlag, der gleichzeitig das Ursprungsmaterial für Phobos und Deimos aufgewirbelt und ins All geschleudert hat, würde auch die Lage der Bahnebenen der beiden Monde schlüssig erklären.

Diese Indizien geben der Einschlag-Hypothese Auftrieb. Doch sie ist keineswegs neu. Bereits 1994 versuchte der US-amerikanische Geologe Robert Craddock, heute am National Air and Space Museum der Smithsonian Institution in Washington D.C., seine Kollegen auf einer Konferenz von der Idee zu überzeugen. Doch er stieß auf erhebliche Skepsis. Ein wissenschaftlicher Aufsatz, in dem er die These analysierte, wurde von zahlreichen Fachjournalen, darunter "Nature" und "Science", abgelehnt.

Durch die neuen Untersuchungsergebnisse der Mars-Missionen stieg allerdings das Interesse an Craddocks Idee, und 2011 konnte er sein Papier schließlich doch noch veröffentlichen. Diese Wiederbelebung war der Anstoß für die beiden Gruppen um Robert Citron von der University of California in Berkeley und Robin Canup vom Southwest Research Institute in Boulder in Colorado, sich Craddocks Vorschlag mit Computermodellen zu nähern.

Ansatzpunkt für die Computersimulation von Citron und seinen Kollegen vom Tokyo Institute of Technology waren neuere Modelle zum Ursprung der Borealis-Senke, dem mit 7700 Kilometer Durchmesser größten Krater-Kandidaten für eine Mondwiege auf dem Mars. Demnach riss der Einschlag eines Objekts mit etwa 2,6 Prozent der Masse des Mars den Borealis-Krater in den jungen Planeten.

Im Rechner spielten die Forscher aus den USA und Japan mehrere mögliche Szenarien durch. Dabei variierten sie unter anderem den Winkel, die Masse und die Geschwindigkeit des einschlagenden Objekts. Während nach einer solch gewaltigen Kollision Teile der herausgeschleuderten Masse auf Grund der Anziehungskraft des Planeten wieder zurück zum Mars stürzen, bekommt ein anderer Teil genügend Schub, um ins All zu entkommen.

Ein gewisser Anteil aber findet sich in einer Trümmerscheibe um den Mars wieder. In dieser Scheibe könnten sich Phobos und Deimos als Zusammenklumpung verschiedener kleinerer Partikel und Schuttteile gebildet haben. Die nötige Masse wäre in der Scheibe vorhanden gewesen, ergeben die Simulationen von Citron und Co. Zum selben Ergebnis kommen bei ihren unabhängigen Studien auch Robin Canup und Julien Salmon vom Southwest Research Institute in Boulder, wie sie auf der Konferenz der Division of Planetary Sciences der American Astronomical Society im vergangenen November berichteten.

Jürgen Oberst, Leiter der Abteilung für Planetengeodäsie am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Berlin, war nicht an den Arbeiten beteiligt. Er hält die Ergebnisse von Citron und Kollegen für einen "ordentlichen Beitrag" zur Diskussion um die Herkunft von Phobos und Deimos. Das sei aber "sicherlich noch nicht das letzte Wort". Es gebe nach wie vor viele Ungereimtheiten.

Der Schlüssel zur endgültigen Gewissheit liegt in einer neuen Raumfahrt-Mission zum Mars und seinen Monden. Es gibt verschiedene Vorschläge von ESA und NASA für zukünftige Projekte, die derzeit untersucht werden. "Vielleicht haben wir in zehn Jahren eine Phobos-Mission", hofft Oberst. "Damit würden wir dem Ursprung der Monde näherkommen."

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