„Entstehung des Mondes“ – Versionsunterschied
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[[Datei:Lune nb.jpg|mini|Der Erdmond]]
Die '''Entstehung des Mondes''' der [[Erde]] wird seit Jahrhunderten diskutiert. Seit Mitte der 1980er Jahre hat sich die Ansicht durchgesetzt, dass der [[Mond]] nach einem [[Stoß (Physik)#Einteilung mechanischer Stoßprozesse|exzentrischen Zusammenstoß]] der [[Protoplanet|Proto-Erde]] mit einem etwa marsgroßen Körper, [[Theia (Protoplanet)|Theia]] genannt, entstanden ist.<ref>''[
Man spricht auch von der „Entstehung des [[Erde-Mond-System]]s“, denn im ganzen [[Sonnensystem]] gibt es (mit Ausnahme von [[Pluto]] und [[Charon (Mond)|Charon]]) keinen weiteren [[Satellit (Astronomie)|Trabanten]], der eine ähnliche Größe im Vergleich zu dem umkreisten [[Planet]]en oder [[Zwergplanet]]en aufweist. Entsprechend seiner Masse besitzt er auch einen besonders großen [[Bahndrehimpuls]]. Die Entwicklung von Pluto und Charon hat sich zwar in der sehr kühlen<!-- Bedeutung? Zusammenhang? --> Region des [[Kuipergürtel]]s abgespielt, aber dennoch wird auch für deren System als Entstehungsursache immer stärker eine ähnliche Großkollision vermutet.
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* Die '''Synestia-Theorie:''' Die Proto-Erde wurde durch eine heftigere Kollision fast völlig verdampft; im Außenbereich der Synestia genannten Wolke kondensierte der Mond.
Ein gutes Modell muss nicht nur physikalisch möglich
* Die [[Dichte]] des Mondes ist mit 3,3 g/cm³ deutlich geringer als die der Erde mit 5,5 g/cm³. Er ist [[Differenzierung (Planetologie)|differenziert]], aber ihm fehlt der entsprechende [[Eisen]]kern.
* Ihm fehlen oberflächliche Anzeichen einer Schrumpfung, während das Schwerefeld auf Inhomogenitäten in der Tiefe hinweist, was beides dafür spricht, dass er relativ kühl entstanden sein muss, ohne einen tiefen Magmaozean.
* Der Mond hat im Vergleich zur Erde ein leichtes Defizit an flüchtigen Elementen und daraus zusammengesetzter Stoffe, z. B. [[
* Die [[isotop]]ische Zusammensetzung der Elemente ist im Erdmantel und an der Mondoberfläche nahezu identisch, im Vergleich mit der Streuung der Verhältnisse im Rest des Sonnensystems.
* Der [[Drehimpuls]] des Erde-Mond-Systems ist ungewöhnlich hoch.
* Die Neigung der [[Mondbahn]] gegen die [[Ekliptik]] ist mit rund 5° gering.
=== Abspaltungstheorie ===
Die Abspaltungstheorie wurde von [[George Howard Darwin]], dem Sohn von [[Charles Darwin]], 1878 entwickelt.<ref>George Howard Darwin: ''On the Precession of a Viscous Spheroid.'' In: ''Nature.'' Band 18, 1878, S. 580–582, {{DOI|10.1038/018580a0}}.</ref><ref>George Howard Darwin: ''On the Precession of a Viscous Spheroid, and on the Remote History of the Earth.'' In: ''Philosophical Transactions of the Royal Society of London.'' Band 170, 1879, S. 447–538, {{DOI|10.1098/rstl.1879.0073}}.</ref> Demnach rotierte die Erde in ihrer Frühphase so stark, dass sich durch Instabilitäten ein Teil ablöste und den Mond bildete. Dazu vertrat 1882 der [[Geologie|Geologe]] [[Osmond Fisher]] (1817–1914) die Ansicht, der [[Pazifischer Ozean|Pazifische Ozean]] stelle die heute noch sichtbare Narbe dieser Abspaltung dar.<ref>Geologe Osmond Fisher: ''On the Physical Cause of the Ocean Basins.'' In: ''Nature.'' Band 25, 1882, S. 243–244, {{DOI|10.1038/025243a0}}.</ref> Auch der Geologe [[Otto Ampferer]] zog 1925 eine Ablösung des Mondes von der Erde
Solch eine Herauslösung aus dem extremen Äquatorwulst erklärt recht gut die Größe des Mondes. Auch seine geringere mittlere Dichte ist damit vereinbar, denn sie entspricht der Dichte des Erdmantels. Angesichts der [[Gezeitenreibung]] muss die Erde früher auch schneller rotiert haben, es gibt aber keine sinnvolle Erklärung für die hohen Rotationsgeschwindigkeiten (Tageslänge von etwa 2,5 h), die für den heutigen Gesamtdrehimpuls des Erde-Mond-Systems nötig gewesen wären. Auch die Vorstellung, dass der Pazifik die ''Narbe'' dieser Abspaltung darstellt, ist durch die [[Plattentektonik]] widerlegt. Die Bahnebene des Mondes ist zudem viel zu stark gegen die Äquatorebene der Erde geneigt.<!-- Hinsichtlich der [[Roche-Grenze]] bleibt offen, wie der Mond den zerstörerischen Gezeitenkräften dieses Nahbereiches entkommen sein soll. Des Weiteren gibt es keine plausible Erklärung für das Defizit bei leicht flüchtigen Elementen.-->
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=== Schwesterplanet-Theorie ===
Schon [[Immanuel Kant]] hypothetisierte in seiner [[Kosmogonie]] von 1755, ''[[Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels]],'' dem ersten naturwissenschaftlichen Erklärungsversuch des Ursprungs der Himmelskörper, dass sich Erde und Mond aus einer gemeinsamen Verdichtung des von ihm postulierten [[Urnebel]]s direkt zu einem [[Doppelplanetensystem|Doppelplaneten]] gebildet haben. Die Hauptmasse der lokalen Verdichtung ballte sich zur Erde und die verbliebene Staubhülle zum Mond. Quantitativ konkretisiert wurde die Schwesterplanet-Theorie 1944 von [[Carl Friedrich von Weizsäcker]] entwickelt,<ref>Carl Friedrich von Weizsäcker: ''Über die Entstehung des Planetensystems.'' In: ''[[Zeitschrift für Astrophysik]].'' Band 22, 1944, S. 319–355.</ref> wesentliche Vorarbeiten zur Stabilität stammen von [[Édouard Albert Roche]].<ref>Édouard Roche: ''Essai sur la constitution et l’origine du systeme solaire.'' In: ''Académie des sciences et lettres de Montpellier. Mémoires de la Section des sciences.'' Band 8, 1783, S. 235–324 [http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k209725m.image.langFR.f253.pagination (online).]</ref>
Wenn sich Erde und Mond eng beieinander entwickelten, ist es absolut unverständlich, warum sich die Dichte beziehungsweise der Anteil von leichtflüchtigen Elementen sowie von Eisen bei Erde und Mond so stark unterscheiden. Für den hohen Anteil des Bahndrehimpulses des Mondes im Vergleich zum Drehimpuls der Erde selbst gibt es keine plausible Erklärung. Auch die fünf Grad große Neigung der Mondbahnebene gegen die Bahnebene der Erde wird damit nicht begreiflich.
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=== Kollisionstheorie ===
[[Datei:Big Splash Theia.gif|mini|Illustration der Entstehung des Mondes (graublau) durch eine Kollision zwischen der Erde (blau) und [[Theia (Protoplanet)|Theia]] (schwarz). Nach Entstehung als [[Lagrange-Punkte|
Die Kollisionstheorie wurde von [[William K. Hartmann]] und Donald R. Davis 1975 entwickelt.<ref>William K. Hartmann, Donald R. Davis: ''Satellite-sized planetesimals and lunar origin.'' In: ''Icarus.'' Band 24, Nummer 4, 1975, S. 504–515, {{DOI|10.1016/0019-1035(75)90070-6}}.</ref> Nach dieser Theorie kollidierte in der Frühphase der [[Sonnensystem#Entstehung der Planeten|Planetenentwicklung]] ein etwa marsgroßer [[Protoplanet]], der nach der Mutter der [[Griechische Mythologie|griechischen]] Mondgöttin [[Selene]] bisweilen ''[[Theia (Protoplanet)|Theia]]'' genannt wird, mit der Proto-Erde (''Gaia,'' nach der griechischen Göttin [[Gaia (Mythologie)|Gaia]]), die damals bereits etwa 90 % ihrer heutigen Masse hatte. Die Kollision erfolgte nicht frontal, sondern streifend, sodass große Materiemengen, bestehend aus Teilen des Mantels des [[Impakt]]körpers und des Erdmantels, in den Erdorbit geschleudert wurden, während sich die Eisenkerne vereinigten. Im Orbit bildete sich praktisch ''sofort'' (d. h. in weniger als 100 Jahren) der Proto-Mond, der rasch alle restlichen Trümmer einsammelte und sich nach knapp 10.000 Jahren zum Mond mit annähernd heutiger Masse verdichtet haben muss. Er umkreiste die damals – auch durch die Kollision – schnell rotierende Erde in einem Abstand von nur rund 60.000 km (siehe [[Roche-Grenze]] und [[Doppelplanet]]), was zu extremen [[Gezeiten]]kräften geführt haben muss. Die starke [[Gezeitenreibung]] führte zu einer zunächst sehr schnellen Abbremsung der Erdrotation mit Übertragung des Drehimpulses auf den Mond, dessen Bahnradius sich dadurch rasch vergrößerte. Diese Wechselwirkung mit Abbremsung der Erdrotation und Zunahme des Bahnradius des Mondes dauert, stark abgeschwächt, bis heute an. Auch die [[Gebundene Rotation|synchronisierte Eigendrehung]] des Mondes, die dazu führt, dass von der Erde aus stets nur eine Seite des Monds zu sehen ist, geht auf Gezeitenreibung zurück.
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Der erste Vorschlag, den Ursprung des Mondes in einer kosmischen Katastrophe zu sehen, fand sich 1946 in einer Veröffentlichung [[Reginald Aldworth Daly]]s in den ''Proceedings of the American Philosophical Society;''<ref>Reginald Aldworth Daly: ''Origin of the Moon and Its Topography.'' In: ''Proceedings of the American Philosophical Society.'' Band 90, Nummer 2, 1946, S. 104–119, [http://www.jstor.org/stable/3301051 JSTOR.]</ref> sie blieb, unter anderem auch aufgrund der kurz danach verbreiteten Theorien [[Immanuel Velikovsky]]s, unbeachtet.
In den 1960er Jahren entwickelte der [[Sowjetunion|russische]] [[Astrophysik]]er [[Wiktor Sergejewitsch Safronow|Wiktor Safronow]] die Theorie, dass die Planeten durch die Zusammenballung einer großen Anzahl kleinerer [[Planetesimal]]e entstanden sind.<ref>Victor S. Safronov: ''Sizes of the largest bodies falling onto the planets during their formation.'' In: ''[[Soviet Astronomy]]
1983 veröffentlichten [[A. C. Thompson]] und [[David J. Stevenson]] eine Untersuchung über die Bildung von kleineren Körpern aus dem Kollisionsmaterial im Orbit, aber es gab nur wenige, die sich ernsthaft mit der Kollisionstheorie auseinandersetzten.<ref>A. C. Thompson, David J. Stevenson: ''Two-Phase Gravitational Instabilities in Thin Disks with Application to the Origin of the Moon.'' In: ''Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference.'' Band 14, 1983, S. 787–788.</ref> Den Durchbruch brachte eine internationale Konferenz 1984 in [[Kailua-Kona]], [[Hawaii]], über die Ursprünge des Mondes. Die Diskussion der ersten Untersuchungen des von den [[Apollo-Programm|Apollo-Missionen]] zur Erde
In den 1990er Jahren gab es einen Rückschlag für die Theorie, als erste Simulationsrechnungen den [[Impakt]] eines Körpers mit der dreifachen Marsmasse erforderten, um genügend Material in den Orbit zu befördern. Dieser Einschlag, zu einem Zeitpunkt, als die Proto-Erde etwa die Hälfte ihrer jetzigen Größe erreicht hatte, hätte jedoch deutlich zu viel Drehimpuls übertragen; es wäre deshalb noch ein weiterer schwerer Impakt gegen Ende der [[Akkretion (Astronomie)|Akkretionsphase]] der Erde notwendig gewesen. 2001 konnten [[Robin M. Canup]] und [[Erik Asphaug]] jedoch mit verbesserten Modellen zeigen, dass ein einziger Impakt gegen Ende der Akkretionsphase ausreicht, um sowohl Masse als auch Geochemie des Mondes sowie den Drehimpuls des Erde-Mond-Systems zu erklären.<ref>Robin M. Canup, Erik Asphaug: ''Origin of the Moon in a giant impact near the end of the Earth’s formation.'' In: ''Nature
Durch Vergleich des Niob/Tantal-Verhältnisses von Mondgestein (17:1) und der Erdkruste (14:1) mit dem Niob/Tantal-Verhältnis von [[Marsmeteorit]]en und solchen aus dem [[Asteroidengürtel]] (20:1) konnte gezeigt werden, dass der Mond maximal zu 65 % aus Material des Einschlagkörpers besteht. Dass Mond und Erde im Vergleich zu den Meteoriten Niob fehlt, wird damit erklärt, dass sich ein Teil davon vor dem Einschlag im bereits damals gerade fertig gebildeten Eisen-Erdkern gelöst hatte, der jedoch bei der Kollision nicht mit weggeschleudert wurde. Mit der Datierung der Erdkernbildung konnte der Einschlag auf eine Zeit vor 4,533 Milliarden Jahren datiert werden – lediglich 30 Millionen Jahre nach ihrer Entstehung.<ref>Carsten Münker, Jörg A. Pfänder, Stefan Weyer, Anette Büchl, Thorsten Kleine, Klaus Mezger: ''Evolution of Planetary Cores and the Earth-Moon System from Nb/Ta Systematics'', in [[Science]], 4. Juli 2003, Jg. 301, Heft 5629, Seiten 84–87, [[DOI:
Nach Übereinstimmung einer Mehrzahl von Wissenschaftlern stimmt die Kollisionstheorie sehr gut mit den Beobachtungen überein, auch wenn noch sehr viel Detailarbeit notwendig ist. Vor allem in den Simulationsrechnungen wird noch mit sehr starken Vereinfachungen gearbeitet und es gibt noch keine konsistenten mathematischen Modelle für die Bildung und die Struktur der orbitalen Scheibe nach dem Impakt. Trotz der Unsicherheiten über den genauen Verlauf des Impakts und der nach derzeitigem Kenntnisstand geringen [[Wahrscheinlichkeit]] eines derartigen Zusammenstoßes mit einem Körper genau der richtigen Größe genau zur richtigen Zeit mit genau den richtigen Stoßparametern gibt es im Gegensatz zu den anderen vorgeschlagenen [[Hypothese]]n zumindest keine größeren Widersprüche zu den Beobachtungen. Obwohl das Modell vom ''einmaligen Einschlag'' die Entstehung des Mondes sehr gut erklären kann, können weitere frühe Kollisionen von großen Körpern aus dem All, sowohl mit dem Mond als auch mit der Erde, nicht ausgeschlossen werden. Eine endgültige Klärung dieser alten Vorgänge verspricht man sich in Zukunft von der [[Selenologie|Mondgeologie]], die beispielsweise durch Bohrungen auf dem Mond und Untersuchungen über dessen innere Zusammensetzungen empirische Daten liefern kann, die Rückschlüsse auf seine wahre Entstehungsgeschichte
▲Nach Übereinstimmung einer Mehrzahl von Wissenschaftlern stimmt die Kollisionstheorie sehr gut mit den Beobachtungen überein, auch wenn noch sehr viel Detailarbeit notwendig ist. Vor allem in den Simulationsrechnungen wird noch mit sehr starken Vereinfachungen gearbeitet und es gibt noch keine konsistenten mathematischen Modelle für die Bildung und die Struktur der orbitalen Scheibe nach dem Impakt. Trotz der Unsicherheiten über den genauen Verlauf des Impakts und der nach derzeitigem Kenntnisstand geringen [[Wahrscheinlichkeit]] eines derartigen Zusammenstoßes mit einem Körper genau der richtigen Größe genau zur richtigen Zeit mit genau den richtigen Stoßparametern gibt es im Gegensatz zu den anderen vorgeschlagenen [[Hypothese]]n zumindest keine größeren Widersprüche zu den Beobachtungen. Obwohl das Modell vom ''einmaligen Einschlag'' die Entstehung des Mondes sehr gut erklären kann, können weitere frühe Kollisionen von großen Körpern aus dem All, sowohl mit dem Mond als auch mit der Erde, nicht ausgeschlossen werden. Eine endgültige Klärung dieser alten Vorgänge verspricht man sich in Zukunft von der [[Selenologie|Mondgeologie]], die beispielsweise durch Bohrungen auf dem Mond und Untersuchungen über dessen innere Zusammensetzungen empirische Daten liefern kann, die Rückschlüsse auf seine wahre Entstehungsgeschichte zulässt.
Eine 2013 in ''Nature Geoscience'' veröffentlichte Entdeckung zeigte, dass Mondgestein, von dem angenommen wird, dass es die ursprüngliche Mondkruste darstellt, einen erstaunlich hohen Wassergehalt aufweist. Dies warf neue Fragen bezüglich der Entstehung des Mondes auf, da sich dieser Befund schwer mit der gut etablierten Kollisionstheorie in Einklang bringen lässt.<ref>''[http://www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130218132355.htm Water on the moon: It’s been there all along.]'' Bei: ''ScienceDaily.com.'' 18. Februar 2013, abgerufen am 26. Oktober 2017.</ref>
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=== Synestia-Hypothese ===
Eine Synestia (aus {{grcS|σύν|sýn|de=mit}} und {{grcS|Ἑστία|[[Hestia|Hestía]]}}) ist der Zustand eines [[Gesteinsplanet]]en nach einer sehr energiereichen, außermittigen Kollision: Verdampftes Gestein dehnt sich bis zu einem Mehrfachen des ursprünglichen Radius aus; der innere Teil rotiert schnell und einheitlich, der äußere bildet eine dicke, optisch dichte Scheibe mit leicht suborbitalen Geschwindigkeiten, da auch dort der Gasdruck nicht vernachlässigbar ist.<ref>Simon J. Lock, Sarah T. Stewart: ''The structure of terrestrial bodies: Impact heating, corotation limits, and synestias.'' Journal of Geophysical Research: Planets, 2017, [[doi:10.1002/2016JE005239]], [[arxiv:1705.07858]].</ref> Eine gemeinsame Simulation der Dynamik und des Phasengleichgewichts, anschließend der Geochemie und der Isotopenfraktionierung, zeigte: Eine äußerliche Abkühlung führt zu einem radialen Transport für die Vermischung der beiden Ausgangsmaterialien, Moonlets entstehen in der Scheibe, während dort noch Dampfdrücke von mehreren Megapascal herrschen, was die moderate Abreicherung flüchtiger Elemente erklärt; auch ist der Bereich der Kollisionsparameter für ein plausibles Ergebnis nicht so eng wie unter der Theia-Hypothese.<ref>Simon J. Lock et al.: ''The Origin of the Moon Within a Terrestrial Synestia.'' Journal of Geophysical Research: Planets, 2018, [[doi:10.1002/2017JE005333]], [[arxiv:1802.10223]].</ref>
== Zusammenfassung ==
Das wissenschaftliche Hauptziel der [[Apollo-Programm|Apollo-Missionen]] – im Rahmen des [[Wettlauf ins All|Wettlaufs zum Mond]] – bestand darin, auf dem Mond anhand seiner Zusammensetzung Hinweise auf seine Entstehung zu finden. Man suchte klare geochemische Beweise für eine der ''Großen drei Theorien'' (Abspaltungstheorie, Einfangtheorie, Schwesterplanet-Theorie), aber die Auswertungen warfen bei allen
== Literatur ==
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* {{Alpha Centauri|10}}
* ''[http://www.mpch-mainz.mpg.de/mpg/deutsch/pri0803.htm Die Geburt des Mondes – die Eltern sind Theia und Gaia.]''
* ''[http://www.pbs.org/wgbh/nova/tothemoon/origins.html Origins of the Moon.]'' (
{{Lesenswert|27. November 2010|81669151}}
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