Ist uns der Mond für die Crash-Theorie zu ähnlich?

[Kosmo]

Wenn der Mond also wie angenommen durch einen Einschlag entstanden ist, sollte er zu mindestens 40 Prozent aus dem Material von Theia bestehen - und seine Isotopenverhältnisse sollten sich deutlich von den irdischen unterscheiden. Denn es gilt als sehr unwahrscheinlich, dass Theia exakt dieselbe Isotopenzusammensetzung besaß wie die Erde.

Schön, dass im SPON-Artikel Bynaus zitiert wird. Da frage ich (hiermit) doch direkt mal nach Alternativen, die mit der Isotopenzusammensetzung in Einklang zu bringen sind?

[Alex74]

Was spricht gegen eine beinahe identische Zusammensetzung wenn Theia ein Trojaner-Planet der Erde war und somit gleichzeitig und in gleicher Umgebung wie die Erde entstand? Das bildet soweit ich weiß ja auch die übliche Annahme dafür.

[Bynaus]

Was spricht gegen eine beinahe identische Zusammensetzung wenn Theia ein Trojaner-Planet der Erde war und somit gleichzeitig und in gleicher Umgebung wie die Erde entstand?

Das kann helfen, aber es ist halt eine "ad-Hoc"-These, für die es keinerlei unabhängige Bestätigung gibt (es gibt auch keinerlei Voraussagen, die man daraus ableiten könnte).

Nun, da es Giant Impact Modelle gibt, bei denen auch der zu vermutende Unterschied in den Wolfram-Isotopen zwischen Erde und Mond in der Messungenauigkeit verschwindet, kann man (leider) auch nicht mehr sagen, dass Theia und Erde aller Wahrscheinlichkeit nach verschiedene Entwicklungsgeschichten hatten, die sich in verschiedenen Wolframisotopenverhältnissen niederschlagen sollten (dh, wenn es so wäre, und die neueren Modelle korrekt sind, würden wir den Unterschied nicht sehen). Da wird man jetzt einfach auf genauere Wolfram-Analysen warten müssen. Wenn Erde und Mond im Wolfram auch bei viel höherer Auflösung immer noch ähnlich sind, kann man das "Theia war ein trojanischer Planet"-Szenario wohl ausschliessen.

[Heiner Prahm]

Es gab 2005 die gemeinsame Studie der ETH Zürich und der Universitäten Münster, Köln und Oxford die sich mit dem Zerfall von Hafnium-182 zu Wolfram-182 in Mondgestein beschäftigte und daraus das Alter des Erde - Erdmond Systems ableiteten.

Diese Studie ergab, dass sich zum Zeitpunkt der Entstehung des Erdmondes bereits Planeten, wie den Mars im Sonnensystem gab, also im Hadaikum auch die Akkretion der Protoerde aus dem Staub und Gas des frühen Sonnensystems bereits abgeschlossen war und es daher für die verspätere Entstehung des Erdmondes als plausible Erklärungen eigentlich nur der Giant Impact von Theia blieb.

Die neuen Messdaten-Daten scheinen dieser Studie zu widersprechen, es kann sich natürlich um Messungenaugigkeiten bei beiden Studien handeln, oder um falsche Interpretation der Daten usw., aus meiner Sicht ist jedoch die Giant Impact Theorie weiterhin plausibler, denn ich könnte mir nicht vorstellen, wie sich sonst ein solch eher ungewöhliches System gebildet hätte.

http://idw-online.de/pages/de/news138356

[Bynaus]

Diese Studie ergab, dass sich zum Zeitpunkt der Entstehung des Erdmondes bereits Planeten, wie den Mars im Sonnensystem gab, also im Hadaikum auch die Akkretion der Protoerde aus dem Staub und Gas des frühen Sonnensystems bereits abgeschlossen war und es daher für die verspätere Entstehung des Erdmondes als plausible Erklärungen eigentlich nur der Giant Impact von Theia blieb.

Ja, der Mars hat sich früh gebildet. Aber das heisst nicht zwingend, dass auch die Erde sich so früh gebildet haben muss. Simulationen der Akkretion der Felsplaneten legen nahe, dass man Marsgrosse Körper in wenigen Millionen Jahren machen kann, erdgrosse aber deutlich länger (mehrere 10 Mio Jahre) brauchen. Da wir darüber hinaus keine Proben von Venus und Merkur haben (anhand derer wir deren Alter bestimmen könnten), ist es schwierig, hier generelle Zusammenhänge abzuleiten.

Das Alter des Mondes ist nun schon mehrere Male revidiert worden, und ich würde sagen, irgendwas zwischen 30 und 130 Mio Jahren (nach den ersten Kondensaten, dh, 4568 minus 30 oder 4568 minus 130) wird es wohl sein. Er ist also tatsächlich deutlich später als Mars entstanden, und das legt durchaus einen Giant Impact nahe.

Die neuen Messdaten-Daten scheinen dieser Studie zu widersprechen, es kann sich natürlich um Messungenaugigkeiten bei beiden Studien handeln, oder um falsche Interpretation der Daten usw., aus meiner Sicht ist jedoch die Giant Impact Theorie weiterhin plausibler, denn ich könnte mir nicht vorstellen, wie sich sonst ein solch eher ungewöhliches System gebildet hätte.

Die Giant Impact Theorie ist sicher nach wie vor die plausibelste Erklärung (vor allem, was die physikalischen Grundparameter des Erde-Mond-Systems angeht). Aber vielleicht verstehen wir den Giant Impact (oder was unmittelbar danach kam) im Detail eben nicht ganz so gut, wie wir bisher dachten.

[DELTA3]

Da wir darüber hinaus keine Proben von Venus und Merkur haben (anhand derer wir deren Alter bestimmen könnten), ist es schwierig, hier generelle Zusammenhänge abzuleiten.

Wieviele Proben braucht man denn für eine genaue Analyse? Ich könnte mir vorstellen, dass eine einzige Gesteinsprobe für eine globale Analyse nicht ausreicht. So könnte ich mir auch vorstellen, dass die Proben, die wir vom Mond haben, nicht unbedingt repräsentativ sind. Könnte es da nicht regional grössere Unterschiede geben, so dass die Isotopenverhältnisse in den Proben variieren könnten und die gemessenen Unterschiede innerhalb der Variationsbreite liegen?

Geht man eigentlich bei der Giant Impact Theorie davon aus, dass sich Erd- und Impactmaterial homogen vermischt hat? Dann müsste das Material ja auch auf der Erde gut vermischt sein und es sollte keine grösseren Unterschiede zwischen Erde und Mond geben.

Gruss, Delta3.

[Bynaus]

Wieviele Proben braucht man denn für eine genaue Analyse? Ich könnte mir vorstellen, dass eine einzige Gesteinsprobe für eine globale Analyse nicht ausreicht. So könnte ich mir auch vorstellen, dass die Proben, die wir vom Mond haben, nicht unbedingt repräsentativ sind. Könnte es da nicht regional grössere Unterschiede geben, so dass die Isotopenverhältnisse in den Proben variieren könnten und die gemessenen Unterschiede innerhalb der Variationsbreite liegen?

Nun, alle Mondproben, die in der Arbeit von Zheng et al. untersucht wurden, haben innerhalb enger Grenzen identisches Isotopenverhältnis (nach Korrektur der Effekte der galaktisch kosmischen Strahlung), und diese Proben stammen von ganz unterschiedlichen Gebieten. Man müsste also schon postulieren dass, sagen wir, der Mond tief im Inneren (oder auf der Rückseite) isotopisch anders zusammengesetzt ist als an der Oberfläche (bzw. der Vorderseite, wo die Mondlandungen stattfanden). Gleiches gilt für die Erde. Da sowohl Erde und Mond wohl zu einem Zeitpunkt gleich dem Giant Impact vollständig aufgeschmolzen waren, nimmt man in der Regel an, dass sie intern homogen sein sollten.

Geht man eigentlich bei der Giant Impact Theorie davon aus, dass sich Erd- und Impactmaterial homogen vermischt hat? Dann müsste das Material ja auch auf der Erde gut vermischt sein und es sollte keine grösseren Unterschiede zwischen Erde und Mond geben.

Das ist ja gerade das Problem. In allen Giant Impact Simulationen bildet sich der Mond immer zu mindestens 40% aus Impaktormaterial (bis hinauf zu etwa 80%). Die heutige Erde besteht aber aus weniger als 10-20% Impaktormaterial (weil der Impaktor 10-20% der Erdmasse hatte). Entsprechend ergeben sich isotopische Unterschiede, wenn 1) der Impaktor isotopisch verschieden war und 2) das Material in der Scheibe, aus der sich später der Mond bildet, nach dem Giant Impact nicht mit der darunter liegenden Erde homogenisiert wurde.

[Heiner Prahm]

Die Giant Impact Theorie ist sicher nach wie vor die plausibelste Erklärung (vor allem, was die physikalischen Grundparameter des Erde-Mond-Systems angeht). Aber vielleicht verstehen wir den Giant Impact (oder was unmittelbar danach kam) im Detail eben nicht ganz so gut, wie wir bisher dachten.

Deine und meine Antwort haben sich überschnitten, daher bleibt für mich die Frage (die sich mir eigentlich seit meiner Kindheit stellt): "Woher kommt 'dieser' doch sehr spezielle Erdmond"?

Also beim Titan kann ich es mir noch gut vorstellen, auf Grund seiner für einen Mond einmaligen dichten und wolkenreichen Atmosphäre, dass er eigentlich mal ein Planet war und dann vom Saturn lediglich eingefangen wurde, aber das denke ich nicht beim Erdmond. Auch Überlegnungen wie die Abspaltungstheorie, die Schwesterplanet - Theorie. die Öpik -Theorie, die Viele – Monde - Theorie machen irgendwie wenig Sinn ... daher denke ich Theia und der Giant Impact machen Sinn!

Ich persönlich habe auch noch andere Überlegungen, die sind zwar nicht wissenschaftlich begründet, aber was wäre wenn z.B. ein kleines schwarzer Loch mit sagen wir mal acht bis zehn Sonnenmassen unser Sonnensystem gestreift hätte? Das würde zumindest erklären warum die Dichte an interstellarem Material (also Asteroiden und Kometen die z.B. die Erde bedrohen in unserem Sonnensystem in Erdnähe vergleichsweise gering ist). Es könnte aber auch erklären, wie es möglich ist das ein kleiner 'Planet' wie der Mond, der in etwa so groß ist wie der Merkur aus seiner Bahn geraten ist und von einer Protoerde eingefangen wurde. Und da sich beide Objekte praktisch im gleichen Abstand befunden haben, sind auch ihre chemischen Elemente nahezu identisch. Letztlich ist der Erdmond, der sich bis dahin aus demselben Material wie die Erde gebildet hat, rein auf Grund seiner Nähe zur Erde, nichts weiter als ein fünfter Gesteinsplanet.

[Bynaus]

Also beim Titan kann ich es mir noch gut vorstellen, auf Grund seiner für einen Mond einmaligen dichten und wolkenreichen Atmosphäre, dass er eigentlich mal ein Planet war und dann vom Saturn lediglich eingefangen wurde

Das Einfangen eines Planeten ist gar nicht so einfach - denn wenn der künftige Mond sich dem Planeten nähert, hat er ja eine Geschwindigkeit, die über der Fluchtgeschwindigkeit des Planeten liegt (an allen Punkten seiner Bahn während des Vorbeiflugs). Diese Geschwindigkeit bzw. dieser Impuls muss irgendwie abgebaut werden, etwa durch Bremsung in einer grossen Zirkumplanetaren Wolke, oder durch den Verlust eines Satelliten. Man geht deshalb davon aus, dass Titan wie alle anderen regulären Saturnmonde in einer "protoplanetaren" Scheibe um Saturn entstanden ist. Die irregulären Satelliten an den Rändern der Stabilitätszone der Gasriesen (sowie Triton) hingegen sind wohl eingefangene Asteroiden.

Das würde zumindest erklären warum die Dichte an interstellarem Material (also Asteroiden und Kometen die z.B. die Erde bedrohen in unserem Sonnensystem in Erdnähe vergleichsweise gering ist).

Um den Kuipergürtel bei 60 AU zu "beschneiden", braucht es kein Schwarzes Loch - ein naher Vorbeiflug eines Sterns reicht auch. Aber bei dem Verlust an Asteroiden und Kometen haben wohl auch die Gasriesen bzw., nach dem "Nizza-Modell", deren Instabilität etwa 700 Mio Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems einen Teil beigetragen. Es gilt auch zu beachten, dass unser Sonnensystem wohl eher sowas wie eine "mittlere" Konzentration von solchen Objekten aufweist. Planetensysteme mit exzentrischen Gasriesen etwa haben typischerweise viel weniger Staub, dh, viel weniger staubproduzierende Körper, als das Sonnensystem.

Es könnte aber auch erklären, wie es möglich ist das ein kleiner 'Planet' wie der Mond, der in etwa so groß ist wie der Merkur aus seiner Bahn geraten ist und von einer Protoerde eingefangen wurde.

Das stelle ich mir sehr schwierig (= sehr viele verkettete, grosse Zufälle) vor... Zudem darfst du gleichzeitig nicht auch noch die Bahnen der anderen Planeten destabilisieren.

Der Erdmond als unabhängiger Gesteinsplanet hat auch noch ein weiteres Problem: den geringen Eisengehalt des Mondes. Der Mond hat knapp 10% Eisen, selbst wenn man das mit Sauerstoff verbundene Eisen im Mantel dazuzählt. Die Erde, zum Vergleich, hat 30%, ebenso wie Chondriten, die primitivsten Meteoriten, aus denen sich wohl die Planeten gebildet haben. Wenn der Mond einst ein unabhängiger Planet war, muss man eine Erklärung anbieten können, warum er so eisenarm ist. Formt man ihn hingegen aus den Trümmern des Mantels von Theia und der Erde, ergibt sich die Eisenarmut schlüssig aus dem Modell.

[DELTA3]

Das ist ja gerade das Problem. In allen Giant Impact Simulationen bildet sich der Mond immer zu mindestens 40% aus Impaktormaterial (bis hinauf zu etwa 80%). Die heutige Erde besteht aber aus weniger als 10-20% Impaktormaterial (weil der Impaktor 10-20% der Erdmasse hatte). Entsprechend ergeben sich isotopische Unterschiede, wenn 1) der Impaktor isotopisch verschieden war und 2) das Material in der Scheibe, aus der sich später der Mond bildet, nach dem Giant Impact nicht mit der darunter liegenden Erde homogenisiert wurde.

OK, das Argument habe ich verstanden. Aber warum geht man denn davon aus, daß die Isotopenzusammensetzung bei dem Impaktor anders war als bei der Erde? Wenn er mit der Erde kollidierte, dann muß er sich doch in einer ähnlichen Bahn wie die Erde um die Sonne bewegt haben und wahrscheinlich auch dort unter ähnlichen Bedingungen wie die Erde entstanden sein.

Was die Mondproben betrifft, da bin ich eigentlich erstaunt, daß die so weitgehend identisch sind. Die Mondoberfläche besteht doch überwiegend aus Einschlagskratern, da müssten die Proben doch viel mehr unterschiedliches Impaktmaterial aufweisen.
Ich denke, daß man einfach nicht genügend Bodenproben vom Mond hat, die solche globalen Schlussfolgerungen erlauben. Schliesslich ist es nicht so einfach, dort rumzulaufen und Bodenproben in beliebiger Menge an gezielten Orten und Bodentiefen einzusammeln, wie auf der Erde.

Gruss, Delta3.