Formation

Der Erdmond entstand aus der Zerstörung.

Mehrere Theorien über die Entstehung unseres Mondes wetteifern um die Vorherrschaft, aber fast alle haben einen gemeinsamen Punkt: Zur Zeit der Entstehung des Sonnensystems, vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, entstand etwas – vielleicht ein einzelnes Objekt von der Größe des Mars, vielleicht eine Reihe von Objekten - stürzte in die junge Erde und schleuderte genügend geschmolzene und verdampfte Trümmer in den Weltraum, um den Mond zu erschaffen.

Das frühe Sonnensystem wäre ein chaotischer, schrecklicher Ort gewesen. Trümmer, die bei der Entstehung der Sonne übrig geblieben waren, verschmolzen zu einer Scheibe um den Stern und bildeten Klumpen, deren Größe von Staubflecken bis hin zu Kleinplaneten reichte. Die Schwerkraft zog diese Objekte zusammen und ließ sie ineinander krachen – heftige Kollisionen, die in der Zerstörung neuer, größerer Objekte enden könnten. Diese zusammengefügten Objekte bilden die Planeten, Monde, Asteroiden und andere Objekte des Sonnensystems, die wir heute kennen.

Der Besuch des Mondes im Rahmen der Apollo-Missionen Ende der 1960er und Anfang der 1970er Jahre revolutionierte unser Verständnis der Ursprünge des Mondes. Frühere Vorstellungen – dass der Mond ein Objekt war, das von der Schwerkraft der Erde erfasst wurde, als er vorbeiflog, oder dass der Mond neben der Erde aus denselben Trümmern entstand – gerieten in Ungnade, nachdem die Apollo-Missionen Daten und 842 Pfund (382 Kilogramm) Mondmaterial zurückbrachten Proben zur Erde in den späten 1960er und frühen 1970er Jahren. Die Apollo-Beweise deuteten alle darauf hin, dass der Mond durch einen großen Einschlag entstanden ist. Das Alter der Gesteinsproben deutete darauf hin, dass der Mond etwa 60 Millionen Jahre nach Beginn der Entstehung des Sonnensystems entstand. Die Art und Zusammensetzung der Proben zeigte, dass der Mond während seiner Entstehung geschmolzen war und mehrere zehn Millionen bis hunderte Millionen Jahre lang mit einem tiefen Ozean aus Magma bedeckt war – eine Umgebung, die nach einem äußerst energiereichen Einschlag entstehen würde . Es wurde festgestellt, dass Mondgesteine ​​nur geringe Mengen an Elementen enthalten, die beim Erhitzen verdampfen, was ein weiterer Hinweis darauf ist, dass der Mond durch einen energiereichen Einschlag entstanden sein könnte, der diese Elemente entweichen ließ.

Am wichtigsten ist vielleicht, dass die Gesteinsproben darauf hindeuteten, dass der Mond einst ein Teil der Erde war. Basaltgesteine ​​aus dem Mondmantel weisen verblüffende Ähnlichkeiten mit Basaltgesteinen aus dem Erdmantel auf. Die in den Proben eingeschlossenen Sauerstoffisotope und anderen Elemente stimmten zu genau mit denen des Erdgesteins überein, als dass es sich bei den Ähnlichkeiten um einen Zufall handeln könnte.

Meteoriten sind ein weiterer Beweis. Von Apollo-Astronauten gesammelte Proben stammen nur von wenigen Orten auf dem Mond, aber Mondmeteoriten – Gesteine, die durch Einschläge auf dem Mond ins All geschleudert werden und schließlich ihren Weg zur Erde finden – liefern Proben vom gesamten Mond, die eine ähnliche Geschichte erzählen Die Geschichte des Mondes. Meteoriten, die von Asteroiden stammen, wurden ebenfalls verwendet, um die Zeitachse der Mondentstehung zu bestätigen. Einige weisen Anzeichen dafür auf, dass sie von Trümmern des riesigen Mondeinschlags bombardiert wurden.

Schließlich liefern neuere Studien Hinweise auf einen hochenergetischen Einschlag, der zur Entstehung eines geschmolzenen Mondes führte. Die Analyse des vom Mond reflektierten Lichts liefert Einzelheiten über die mineralische Zusammensetzung der Mondoberfläche und zeigt das weitverbreitete Vorkommen von Anorthosit, einem magmatischen Gestein, das aus Magma kristallisiert und an dessen Oberfläche schwimmt. Das Vorhandensein von Anorthosit auf der Mondoberfläche bekräftigt die Annahme, dass der Mond einst von einem ausgedehnten Magma-Ozean bedeckt gewesen sein muss, der ziemlich tief war, Hunderte bis Tausende von Kilometern.

Obwohl Erde und Mond beide aus dieser antiken Kollision hervorgegangen sind – und die Erde sicherlich leichter zu erreichen ist – bietet uns die Untersuchung des Mondes die beste Chance zu verstehen, was vor all diesen Milliarden Jahren geschah. Die aktiven geologischen Prozesse auf der Erde, von der Plattentektonik bis zur Erosion, vernichten die Spuren einer Entstehung. Abgesehen von Ereignissen wie Einschlägen verändert sich ein Großteil der Mondoberfläche in wesentlich langsameren Zeitskalen. Wie Detektive an einem Tatort nutzen Wissenschaftler auf der Mondoberfläche aufbewahrte Hinweise, um die Geschichte des Mondes zu rekonstruieren. Jede Verbesserung der Theorie des Rieseneinschlags oder eine neue Theorie müsste erklären, was wir heute vom Mond beobachten.

Eine der Kuriositäten ist der im Vergleich zur Erde niedrige Eisengehalt des Mondes. Der eisenreiche Kern der Erde macht etwa 30 Prozent ihrer Masse aus, aber der Kern des Mondes macht nur etwa 1,6 bis 1,8 Prozent seiner Gesamtmasse aus. Eine mögliche Erklärung ist, dass die Energie des Aufpralls auf die Erde, der den Mond bildete, leichtere Materialien verdampfte und in den Weltraum schleuderte und schwerere Elemente – wie Eisen, das nur bei extrem hohen Temperaturen verdampft – zurückließ, um im Erdkern zu versinken.

Jede brauchbare Theorie der Mondentstehung muss auch erklären, wo sich der Mond jetzt im Verhältnis zur Erde befindet und wie schnell und geneigt seine Umlaufbahn ist. Oberflächenreflektoren, die während Apollo auf dem Mond angebracht wurden, zeigen, dass sich der Mond mit einer Geschwindigkeit von etwa anderthalb Zoll pro Jahr von der Erde entfernt. Dies deutet darauf hin, dass der Mond ursprünglich viel näher an unserem Planeten entstand und die Rotationsrate der frühen Erde daher viel höher war als heute. Von Wissenschaftlern erstellte Computermodelle zum Testen und Analysieren von Mondentstehungstheorien müssen zeigen, wie eine massive Kollision in Kombination mit den typischen Gravitationswechselwirkungen zwischen den beiden Körpern über Milliarden von Jahren hinweg die bestehenden Umlaufbahnen und Rotationen von Mond und Erde erzeugen kann. (Auch heute nimmt der Abstand zwischen Erde und Mond und die Länge eines Tages auf der Erde aufgrund der Auswirkungen der Gezeiten der Erde weiter zu.)

Schließlich bestehen seltsame Diskrepanzen zwischen der nahen und der fernen Seite des Mondes. Zu den Unterschieden gehören: die Dicke der Kruste – 43 Meilen (70 Kilometer) auf der mondnahen Seite gegenüber 93 Meilen (150 Kilometer) auf der anderen Seite; die kontrastierende geologische Zusammensetzung, einschließlich einer Konzentration radioaktiver Elemente auf der gegenüberliegenden Seite; und die reiche Geschichte des Vulkanismus auf der nahen Seite im Vergleich zu einem relativen Mangel an vulkanischer Aktivität auf der anderen Seite. Wie eng diese Unterschiede mit der Entstehung des Mondes zusammenhängen – wie er abkühlte, wie seine vulkanische Aktivität stattfand und wie er von Objekten aus dem Weltraum bombardiert wurde –, ist eine Frage, mit der sich Wissenschaftler auch heute noch beschäftigen.

Mit der Rückkehr der Menschheit zum Mond durch das Artemis-Programm erwarten Wissenschaftler eine Flut neuer Informationen, die uns helfen werden, ein einzelnes Entstehungsszenario zu präzisieren. In der Zwischenzeit untersuchen Wissenschaftler weiterhin vorhandene Proben und andere Informationen, über die sie jetzt verfügen – beispielsweise Informationen von Mondorbitern und das wachsende Wissen über die Planetenentstehung –, um Computermodelle zu erstellen, die uns helfen zu verstehen, wie und wie die Kollision stattgefunden haben könnte Es hätte zum Mond und zur Erde führen können, wie wir sie heute sehen. Die Modelle berücksichtigen Faktoren wie die Stärke der kollidierenden Objekte, die Reibung zwischen den Komponenten, die Dichte der Komponenten und das Verhalten von Materialien bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken. Heutige fortschrittliche Computermodelle können auf der Grundlage solcher Variablen eine Reihe sehr spezifischer Ergebnisse liefern.

Wenn Wissenschaftler beispielsweise herausfinden möchten, warum der Mond nur wenige Elemente enthält, die leicht verdampfen, verwenden sie Modelle, um zu sehen, wie die Zusammensetzung des Mondes aussehen würde, wenn die Elemente während verschiedener Perioden der Mondentstehung verloren gingen oder erschöpft wären. Vielleicht haben die Umgebung, in der sich der Mond bildete, oder frühe Eruptionen auf der Mondoberfläche eine vorübergehende Atmosphäre geschaffen, die zur Eliminierung einiger dieser Elemente führte, oder sie könnten durch Wechselwirkungen mit der Hitze der Sonne oder einem hellen und stillen Licht freigesetzt worden sein. geschmolzene Erde.

Selbst diese komplexen Modelle können nicht jedes Atom bei einer massiven Kollision zwischen riesigen Objekten simulieren, die Trümmer in den Weltraum schleudert. Aber Astronomen können größere Gruppen von Trümmern darstellen, indem sie Partikel verwenden, deren Eigenschaften davon abhängen, wo sie sich während der Kollision befinden, wie etwa heißes Material, das sich in der Nähe des Kerns des Protomondes befindet. Astronomen sind in der Lage, die Eigenschaften ihrer Modelle zu ändern, um unterschiedliche Ergebnisse zu erzielen, und zeigen, wie selbst kleine Änderungen unterschiedliche Szenarien hervorbringen können. Während immer mehr Beweise eingehen, ist das letztendliche Ziel ein umfassendes Modell, das alles erklärt, was wir über den Mond wissen.

Die letzte Apollo-Mondmission fand 1972 statt. Wissenschaftler hatten Jahrzehnte Zeit, Mondproben und Daten der Apollo-Missionen zu untersuchen, sie mit Informationen aus nachfolgenden Mondmissionen zu kombinieren, zu Schlussfolgerungen zu gelangen und neue Fragen zu formulieren. Sie wissen, worauf sie bei den bevorstehenden Artemis-Missionen abzielen müssen, um zur Lösung einiger der noch offenen Rätsel beizutragen.

Alle Apollo-Missionen landeten in der Nähe des Mondäquators und die zurückgebrachten Proben stammen größtenteils aus vulkanischen Regionen. Mondforscher hoffen, neue Proben von verschiedenen Orten zu erhalten, beispielsweise von der anderen Seite des Mondes und Gebieten näher an den Polen, damit sie die Zusammensetzung des Mondes in Regionen untersuchen können, die sich auf unterschiedliche Weise entwickelt haben, und weitere Beweise dafür finden können, wie der Mond entstanden ist gebildet. Sie hoffen, in die Mondoberfläche vorzubohren und Kernproben zu gewinnen, die weitere Schichten der geologischen Geschichte des Mondes freilegen, eine in Gestein geschriebene Aufzeichnung, die uns vorerst größtenteils verborgen bleibt.

Diese neuen Entdeckungen werden dazu beitragen, die vielen unbekannten Faktoren in den Mondentstehungsmodellen einzugrenzen. Wenn die neuen Beweise zeigen – um nur ein Beispiel zu nennen –, dass während einer Periode vulkanischer Aktivität große Mengen Schwefel verloren gingen, dann muss dieser Schwefelverlust nicht in den frühen Stadien der Mondentstehung berücksichtigt werden. Wie bei einem Rätselspiel wird die Entschlüsselung der Geheimnisse der Mondentstehung ein Ausschlussprozess sein, bei dem bestimmte Ereignisse in bestimmten Zeiträumen ausgeschlossen und die Möglichkeiten eingegrenzt werden, bis nur noch wenige übrig bleiben.

Aber Wissenschaftler sind auch auf die Möglichkeit neuer Entdeckungen aufmerksam, Erkenntnisse, die ein anderes Bild zeichnen. Die größten Hinweise auf die Vergangenheit des Mondes sind möglicherweise immer noch auf und unter der Mondoberfläche verstreut und warten darauf, entdeckt zu werden.

Autor: Tracy VogelWissenschaftliche Berater: Prabal Saxena, Sarah Valencia und Bill Bottke