Mondentstehung: Frontalaufprall auf die Ur-Erde?

astronews.com Redaktion

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Der Vergleich von Gestein aus verschiedenen Regionen der Erde und vom Mond lieferte Wissenschaftlern jetzt neue Hinweise auf die Kollision, durch die einmal unser Mond entstanden ist. Danach prallte ein marsgroßes Objekt frontal auf die Ur-Erde. Bislang waren viele Forscher von einem eher flachen Aufschlagwinkel ausgegangen. (8. Februar 2016)

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pane

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hallo, ich habe da mal eine Frage zu der Mondentstehung: Bei dem Aufprall ist doch eine Menge Material ins Weltall geschleudert worden. Aus dem meisten ist der Mond entstanden. Ein Teil ist zurück auf die Erde gefallen. Ein kleiner Teil ist sicherlich auch auf die Sonne oder irgend einem anderen Planeten gefallen, oder hat das Sonnensystem ganz verlassen. Aber da wird es doch sicherlich auch einen Rest gegeben haben, der zwar die Erdumlaufbahn verlassen hat, aber nicht das Sonnensystem, das müsste doch als Asteroid um die Sonne kreisen, oder?

mit freundlichen Grüßen
pane
 

Bernhard

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das müsste doch als Asteroid um die Sonne kreisen, oder?
Korrekt. Die Energie ist beim Aufprall so groß, dass die Trümmer prinzipiell über das gesamte Sonnensystem und darüber hinaus verteilt werden. Gut möglich, dass man irgendwann also noch alte Trümmer im Weltall oder auf Mars oder Venus findet. Die Zuordnung dürfte aber genauso schwer, wie beim Mondgestein selbst werden, weil die Trümmer ja auch von Theia stammen können.
 

Bynaus

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Die Trümmer der Kollision selbst dürften nicht mehr als Asteroiden um die Sonne kreisen, wenn du das meinst. Die Bahnen von Asteroiden im inneren Sonnensystem sind nicht stabil, wegen der Möglichkeit von Begegnungen mit den Planeten haben sie eine Lebensdauer von etwa 10 Mio Jahren. Die meisten werden aus dem System geschleudert oder stürzen in die Sonne, ein paar wenige kollidieren mit Planeten. Deshalb waren die Theia-Trümmer nach ein paar 100 Mio Jahren oder so sicher alle weg (dass wir immer noch erdnahe Asteroiden haben kommt davon, dass Jupiter ständig neue aus dem Asteroidengürtel liefert...).

Aber es ist durchaus denkbar, dass einige Asteroiden im Gürtel aus diesen Trümmern stammen, oder dass sie als Einschlüsse in den Regolith-Schichten grösserer Asteroiden bis heute überlebt haben. Man sucht danach, aber es wäre eher schwierig, einen direkten Zusammenhang zur Theia-Kollision herzustellen.

Die neue Forschungsarbeit sagt im Prinzip nichts neues ausser dass der Mond und die Erde in ihrer Sauerstoff-Isotopen-Zusammensetzung immer noch sehr ähnlich sind (es gab eine Gruppe deutscher Wissenschaftler, die vor zwei Jahren einen Unterschied gefunden haben wollten). Ein existierender Unterschied würde eine weniger starke Mischung von Erd- und Theia-Material benötigen. Stärkere Mischungen benötigen "frontalere" Kollisionen (sofern man wirklich glaubt, dass die Proto-Erde und Theia wirklich einen Unterschied in ihrer Sauerstoff-Isotopen-Zusammensetzung aufwiesen). Ergo: kein Unterschied -> frontalere Kollision.
 

IceyJones

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die ganze studie basiert auf der vermutung, dass theia grundverschieden zur urerde sein musste. aber warum eigentlich!?

der materie-mix der beiden ur-planeten kann doch auch völlig identisch gewesen sein! schliesslich sind BEIDE in einer
ähnlichen region um die sonne entstanden, sonst wäre ja eine kollision gar nicht möglich gewesen. ergo wird die materieverteilung
ähnlich sein MÜSSEN!

ich finde diese schlussfolgerung an den haaren herbeigezogen. und ich habe auch noch KEINE simulation gesehen die zeigt, dass
der mond bei einer frontalkollision entstehen könnte.
 

Bynaus

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die ganze studie basiert auf der vermutung, dass theia grundverschieden zur urerde sein musste.

Nicht grundverschieden - aber vermutlich zumindest leicht verschieden in der Isotopenzusammensetzung. Zwischen Meteoriten gibt es beträchtliche Unterschiede in dieser Hinsicht. Auch der Mars hat typischerweise 0.3 Promille mehr Sauerstoff-17 (17O) als die Erde, während die Vesta etwa 0.25 Promille weniger 17O als die Erde hat. Man geht deshalb davon aus, dass es einen Gradienten in der Sauerstoff-Isotopenzusammensetzung (Absolute Unterschiede im 17O) im Sonnensystem gab, oder zumindest erhebliche lokale Variationen. Wenn der Mars die Erde treffen würde, hätte der resultierende Mond einen deutlich messbaren Unterschied in seinem 17O im Vergleich zu jenem der Erde.

Nichtdestotrotz, deine Vermutung, dass das innere Sonnenystem isotopisch homogen gewesen sein könnte, wird gegenwärtig auch unter Wissenschaftlern diskutiert.

und ich habe auch noch KEINE simulation gesehen die zeigt, dass
der mond bei einer frontalkollision entstehen könnte.

Doch, Cúk & Stewart, 2012 (Science). http://adsabs.harvard.edu/abs/2012Sci...338.1047C
 

pane

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Wenn die Durchmischung nicht perfekt wäre, müsste man vor allem auf der Erde Gestein mit unterschiedlichem 17O und 18O finden. Man sollte mal im inneren Erdkern nachschauen. *wegrenn*

mit freundlichen Grüßen
pane
 

mac

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Hallo pane,

Wenn die Durchmischung nicht perfekt wäre, müsste man vor allem auf der Erde Gestein mit unterschiedlichem 17O und 18O finden. Man sollte mal im inneren Erdkern nachschauen. *wegrenn*
da der ja wohl überwiegend aus Eisen besteht, wäre das wohl etwas über's Ziel hinaus gebohrt.

Es geht aber viel einfacher. Das zu untersuchende Material kommt z.B. ganz freiwillig zu uns. Pazifischer Feuerring, Atlantischer Rücken, ...

Herzliche Grüße

MAC
 

Bynaus

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Wenn die Durchmischung nicht perfekt wäre, müsste man vor allem auf der Erde Gestein mit unterschiedlichem 17O und 18O finden.

Nach 4.5 Milliarden Jahren Vulkanismus und Mantelkonvektion wohl kaum mehr - alles längst homogenisiert, mit der Ausnahme von ein paar sehr alten Krustengesteinen (Isua, z.B.).

Übrigens: natürlich variiert die Sauerstoff-Isotopen-Zusammensetzung von irdischen Materialien etwas. Wenn z.B. Wasser verdampft, dann ist der Dampf in 16O und (etwas weniger) 17O angereichert relativ zum ursprünglichen Wasser. Das zurückbleibende Wasser ist dann natürlich an 18O angereichert relativ zum ursprünglichen Wasser. Das macht man sich u.a. in der Klimaforschung zu Nutze, um Paläotemperaturen mit Hilfe von Eis zu rekonstruieren. Hier geht es aber um Massen-UN-abhängige Isotopenfraktionierung. Mars hat mehr 17O ohne dass dies durch eine passende Variation in 16O bzw. 18O (je nach dem, was man als Referenz ansieht) begleitet wäre. Diese 17O-Variationen korrelieren auch mit anderen Massen-unabhängigen Isotopenfraktionierungen in anderen Elementen (z.B. Ti, Cr), man nimmt deshalb an, dass sie zumindest teilweise einen nukleosynthetischen Urpsrung haben, also in Supernova-Explosionen zustande gekommen sind. Darüber hinaus spielt noch ein Massen-unabhängiger Fraktionierungseffekt im Solaren Nebel eine Rolle, den man "Self Shielding" nennt und der, fernab der Sonne, zu einer Abreicherung des sich bildenden Eises in 16O (relativ zu 17O und 18O) führt.
 

Aries

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Nicht grundverschieden - aber vermutlich zumindest leicht verschieden in der Isotopenzusammensetzung. Zwischen Meteoriten gibt es beträchtliche Unterschiede in dieser Hinsicht. Auch der Mars hat typischerweise 0.3 Promille mehr Sauerstoff-17 (17O) als die Erde, während die Vesta etwa 0.25 Promille weniger 17O als die Erde hat. Man geht deshalb davon aus, dass es einen Gradienten in der Sauerstoff-Isotopenzusammensetzung (Absolute Unterschiede im 17O) im Sonnensystem gab, oder zumindest erhebliche lokale Variationen. Wenn der Mars die Erde treffen würde, hätte der resultierende Mond einen deutlich messbaren Unterschied in seinem 17O im Vergleich zu jenem der Erde.

Nichtdestotrotz, deine Vermutung, dass das innere Sonnenystem isotopisch homogen gewesen sein könnte, wird gegenwärtig auch unter Wissenschaftlern diskutiert.
Mars und Vesta sind aber in weiterer Entfernung zur Sonne entstanden als die Erde. Und die restlichen Planeten des inneren Sonnensystems sind in geringerer Entferung entstanden.

Theia soll aber in fast demselben Abstand zur Sonne, wie die Erde entstanden sein, und dann irgendwann bis zum Zusammenstoß der Erde als Trojaner gefolgt sein.

Daher kann man Theia meines Erachtens nicht mit Vesta, dem Mars und anderen Objekten des inneren Sonnensystems vergleichen. Sie kann sich bei ihrer Entstehung aus genau demselben Bereich der Staub- und Gasscheibe der Sonne gespeist haben wie die Erde.
 

pane

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Das ist ja die bisherige Annahme. Es könnte aber auch sein, dass Theia wo ganz anders her kommt, und dann frontal auf die junge Erde gekracht sein, dadurch käme es dann zu einer totalen Durchmischung. Wenn das so ist, dann kann Theia auch nicht in einem Lagrangepunkt entstanden sein.

Mit freundlichen Grüßen
pane
 

mac

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Hallo pane,

Es könnte aber auch sein, dass Theia wo ganz anders her kommt, und dann frontal auf die junge Erde gekracht sein
noch unwahrscheinlicher, als ein direkter Treffer zwischen unserer Sonne und einem anderen Stern.



dadurch käme es dann zu einer totalen Durchmischung. Wenn das so ist, dann kann Theia auch nicht in einem Lagrangepunkt entstanden sein.
Siehe Beitrag Bynaus, vor 2 Stunden.

Herzliche Grüße

MAC
 

Aries

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Das ist ja die bisherige Annahme. Es könnte aber auch sein, dass Theia wo ganz anders her kommt, und dann frontal auf die junge Erde gekracht sein, dadurch käme es dann zu einer totalen Durchmischung. Wenn das so ist, dann kann Theia auch nicht in einem Lagrangepunkt entstanden sein.
Wenn Theia vorher ein Planet auf einer weiter von der Erde entfernten Umlaufbauhn war, wäre es aber sehr unwahrscheinlich, dass er auf einmal auf Kollisonskurs zur Erde abgelenkt würde.
Noch unwahrscheinlicher wäre es, dass sie als Mond eines Gasplaneten auf Kollisonskurs zur Erde abgelenkt wurde.
Und dass sie von außerhalb des Sonnensystem kommt ist auch sehr unwahrscheinlich.

Aber wenn man sich dass Mondsystem des Saturn ansieht, dann findet man dort Trojanermonde und mit Janus und Epimetheus sogar zwei Monde deren Bahnen so nah zueinender verlaufen, dass sie alle vier Jahre durch die Anziehungkraft ihre Bahnen tauschen. Ein ähnliches Modell scheint mir für Ur-Erde und Theia wahrscheinlicher, nur dass es bei denen irgendwann gekracht hat. In anderen Sonnensytemen kreisen Planeten mitunter auch mit viel geringerem Abstand zueinander um die Sonne, als in unserem beinahe regelmäßigen (Titius-Bode-Reihe) Sonnensystem.
 

ralfkannenberg

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Wenn Theia vorher ein Planet auf einer weiter von der Erde entfernten Umlaufbauhn war, wäre es aber sehr unwahrscheinlich
Hallo Aries,

hast Du es ausgerechnet ?

Noch unwahrscheinlicher wäre es
Hast Du das ausgerechnet ?

Und dass sie von außerhalb des Sonnensystem kommt ist auch sehr unwahrscheinlich.
Das ist vermutlich mehrheitsfähig, trotzdem: hast Du es ausgerechnet ?

Ein ähnliches Modell scheint mir für Ur-Erde und Theia wahrscheinlicher
Last not least: hast Du wenigstens das ausgerechnet ?


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Herr Senf

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Ich denke, ganz gut geschätzt,

schließlich sind es nur Wahrscheinlichkeiten, die müssen ja nicht kommen.
Und woher, da gibt es noch den Zufall, erst der hat dann voll getroffen ;)
 

Bynaus

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Wenn Theia vorher ein Planet auf einer weiter von der Erde entfernten Umlaufbauhn war, wäre es aber sehr unwahrscheinlich, dass er auf einmal auf Kollisonskurs zur Erde abgelenkt würde.

Warum sollte das unwahrscheinlich sein? Im Gegenteil. In der Phase der Embryo-Kollisionen ("Giant Impacts") teilen sich plötzlich unzählige Mond- bis Marsgrosse Planetenembryos einen sehr knapp bemessenen Raum, was zu gegenseitigen Ablenkungen und Kollisionen führt. Dass da irgendwann auch Embryos aus völlig unterschiedlichen Bereichen der übrig gebliebenen Scheibe miteinander kollidieren, ist alles andere als unwahrscheinlich. Theia könnte auch aus dem Asteroidengürtel gekommen sein - auch heute noch stossen ständig kleine Himmelskörper aus diesem Bereich mit der Erde zusammen.

Noch unwahrscheinlicher wäre es, dass sie als Mond eines Gasplaneten auf Kollisonskurs zur Erde abgelenkt wurde.

Das ist in der Tat eher unwahrscheinlich, weil man Theia erst aus dem Mondsystem entfernen müsste und dann auch noch zur Erde hin ablenken müsste. Keines der Mondsysteme sieht "gestört" aus, und alle Mondsysteme weisen ein nahezu konstantes Massenverhältnis zu ihrem Planeten dar, was darauf hindeutet, dass da "nichts fehlt" (v.a. fehlt nicht einem der Planeten offensichtlich eine felsige Marsmasse!).

Und dass sie von außerhalb des Sonnensystem kommt ist auch sehr unwahrscheinlich.

Ja. Denn die Kollisionswahrscheinlichkeit mit interstellaren Objekten ist nahezu Null.

Ein ähnliches Modell scheint mir für Ur-Erde und Theia wahrscheinlicher, nur dass es bei denen irgendwann gekracht hat.

Das scheint mir ein unnötig kompliziertes Modell. Wie gesagt, die Erde muss mindestens etwa 10 solche "Giant Impact" hinter sich haben, damit sie vom Embryo zur heutigen Grösse wachsen konnte. Theia war da nicht irgendwie speziell - es war halt einfach (vermutlich) der letzte solche Einschlag, plus der, der aller Wahrscheinlichkeit nach den Mond produziert hat.
 

Aries

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Warum sollte das unwahrscheinlich sein? Im Gegenteil. In der Phase der Embryo-Kollisionen ("Giant Impacts") teilen sich plötzlich unzählige Mond- bis Marsgrosse Planetenembryos einen sehr knapp bemessenen Raum, was zu gegenseitigen Ablenkungen und Kollisionen führt. Dass da irgendwann auch Embryos aus völlig unterschiedlichen Bereichen der übrig gebliebenen Scheibe miteinander kollidieren, ist alles andere als unwahrscheinlich. Theia könnte auch aus dem Asteroidengürtel gekommen sein - auch heute noch stossen ständig kleine Himmelskörper aus diesem Bereich mit der Erde zusammen.
Die Planeten verlaufen nicht genau in der Ekliptik. Daher stehen die Chancen gut, dass so ein Körper oben oder unten an der Erde vorbeischießen würde, zumal die Kraft die ihn abgelenkt hätte, ihn vermutlich noch zusätzlich auch aus der Ekliptik herausgelenkt hätte.

Die Aufprallgeschwindigkeit wäre bei einem von weiter entfernt kommenden Objekt wahrscheinlich auch größer, als bei einem sehr nahen Objekt. Je größer aber die Geschwindigkeit, desto schwieriger wird es für die Erde das überhaupt zu überleben, bzw. bei einem günstigen Einschlagswinkel für die Trümmer nah genug an der Erde zu bleiben um von ihr eingefangen zu werden.

Ganz abwegig ist es trotzdem nicht.

Wie viele solcher Mond- bis Marsgroßen Obejekte hat es denn vermutlich gegeben?

Bynaus schrieb:
Das scheint mir ein unnötig kompliziertes Modell. Wie gesagt, die Erde muss mindestens etwa 10 solche "Giant Impact" hinter sich haben, damit sie vom Embryo zur heutigen Grösse wachsen konnte.
Hätte sie nicht stattdessen einfach kleineren Staub aufsammeln können?

Bynaus schrieb:
Theia war da nicht irgendwie speziell - es war halt einfach (vermutlich) der letzte solche Einschlag, plus der, der aller Wahrscheinlichkeit nach den Mond produziert hat.
Es scheint aber nicht der Normalfall zu sein, dass dabei ein Mond entsteht. Vermutlich weil meist die Einschlagsgeschwindigkeit so hoch ist, dass die Trümmer zu weit weg fliegen.
 

Bynaus

Registriertes Mitglied
Die Planeten verlaufen nicht genau in der Ekliptik. Daher stehen die Chancen gut, dass so ein Körper oben oder unten an der Erde vorbeischießen würde, zumal die Kraft die ihn abgelenkt hätte, ihn vermutlich noch zusätzlich auch aus der Ekliptik herausgelenkt hätte.

Bahnen sind aber nicht konstant. Sofern die Bahnen nicht in einer Resonanz sind, werden zwei Himmelskörper, deren Bahn sich überschneidet, früher oder später zusammenstossen.

Die Aufprallgeschwindigkeit wäre bei einem von weiter entfernt kommenden Objekt wahrscheinlich auch größer, als bei einem sehr nahen Objekt. Je größer aber die Geschwindigkeit, desto schwieriger wird es für die Erde das überhaupt zu überleben, bzw. bei einem günstigen Einschlagswinkel für die Trümmer nah genug an der Erde zu bleiben um von ihr eingefangen zu werden.

Das Problem ist nicht so sehr das Überleben (wobei es durchaus auch "erosive" Giant Impacts gibt, in denen das grösste Trümmerteil nach der Kollision weniger Masse hat als vorher), sondern dass bei zu stark verschiedenen Bahnen der Drehimpuls des Erde-Mond-Systems zu gross wird. Die "frontale Kollision", die man sich da vorstellt, hat ohnehin schon das Problem, dass das System am Ende überschüssigen Drehimpuls abbauen muss, was Cuk & Stewart 2012 über eine Resonanz gemacht haben.

bei einem günstigen Einschlagswinkel für die Trümmer nah genug an der Erde zu bleiben um von ihr eingefangen zu werden.

Die Nähe ist nicht direkt das Problem, sondern die Geschwindigkeit der Trümmer. Je mehr davon über der Fluchtgeschwindigkeit der Erde liegen, desto weniger bleiben für die Mondbildende Scheibe übrig. Aber ich nehme an, das hast du gemeint.

Wie viele solcher Mond- bis Marsgroßen Obejekte hat es denn vermutlich gegeben?

Nun, das innere Sonnensystem hat etwa 200 Mond- bzw. 20 Marsmassen... Und dann dürfte die Akkretion von Embryos zu Planeten nicht perfekt effizient sein. Ein paar hundert dürften es schon gewesen sein.

Hätte sie nicht stattdessen einfach kleineren Staub aufsammeln können?

Das Problem ist, dass Planeten mit mehr als einer Mond- bis Marsmasse (die Masse hängt etwas von der Entfernung zur Sonne ab sowie von der Dichte der Scheibe) mit ihrer Gravitation ein Loch in der Scheibe öffnen, sie schneiden sich also selbst von der Akkretion von zusätzlichem Material ab. Deshalb stockt die Planetenbildung bei dieser Grösse, und geht erst weiter, wenn die Scheibe weg ist.

Es scheint aber nicht der Normalfall zu sein, dass dabei ein Mond entsteht. Vermutlich weil meist die Einschlagsgeschwindigkeit so hoch ist, dass die Trümmer zu weit weg fliegen.

Der Normalfall vermutlich nicht - es gibt da eine Arbeit von Sebastian Elsner, wo er auf ca. 10% kommt. Das Problem ist, dass der Einschlag genügend Masse in die Umlaufbahn befördern muss, ohne den Drehimpuls zu stark hochzuschrauben.
 
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