Auf sechs Missionen zum Mond, von 1969 bis 1972, sammelten Apollo-Astronauten mehr als 800 Pfund Mondgestein und Monderde. Die chemische Analyse und Isotopenanalyse dieses Materials zeigte, dass es dem Gestein und Boden auf der Erde ähnelte: kalziumreich, basaltisch und etwa 60 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems entstanden.
Anhand dieser Daten kamen die Planetenforscher, die 1984 auf der Kona-Konferenz auf Hawaii zusammenkamen, zu dem Schluss, dass der Mond nach einer Kollision mit der jungen Erde aus Trümmern entstanden sei.
Laut zwei Forschern der Penn State University ist dies jedoch möglicherweise nicht die wahre Entstehungsgeschichte des Mondes. Neue Forschung veröffentlicht In Das Planetary Science Journal von Darren Williams, Professor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State Behrend, und Michael Zugger, einem leitenden Forschungsingenieur am Applied Research Lab an der Penn State, bietet eine weitere Möglichkeit: Dass der Mond während einer engen Begegnung zwischen einer jungen Erde und einem eingefangen wurde terrestrisches Binärsystem – der Mond und ein weiteres felsiges Objekt.
„Die Kona-Konferenz hat die Geschichte für 40 Jahre vorgegeben“, sagte Williams. Aber es blieben immer noch Fragen offen. Beispielsweise sollte ein Mond, der aus einer Planetenkollision entsteht und durch ringförmige Ansammlungen von Trümmern Gestalt annimmt, über dem Äquator des Planeten kreisen. Der Mond umkreist die Erde in einer anderen Ebene.
„Der Mond steht eher auf einer Linie mit der Sonne als auf dem Äquator der Erde“, sagte Williams.
In der alternativen Binäraustausch-Einfangtheorie, so die Forscher, trennte die Schwerkraft der Erde das Binärsystem, erfasste eines der Objekte – den Mond – und machte ihn zu einem Satelliten, der in seiner aktuellen Ebene umkreist.
Es gebe Hinweise darauf, dass dies anderswo im Sonnensystem geschieht, sagte Williams und verwies auf Triton, den größten Neptunmond. Die vorherrschende Hypothese auf diesem Gebiet ist, dass Triton vom Kuipergürtel in die Umlaufbahn gebracht wurde, wo jedes zehnte Objekt vermutlich ein Doppelstern ist.
Triton umkreist Neptun in einer retrograden Umlaufbahn und bewegt sich dabei entgegen der Rotationsrichtung des Planeten. Seine Umlaufbahn ist ebenfalls deutlich geneigt und weist einen Winkel von 67 Grad zum Neptun-Äquator auf.
Williams und Zugger kamen zu dem Schluss, dass die Erde einen Satelliten hätte einfangen können, der noch größer als der Mond war – ein Objekt von der Größe von Merkur oder sogar dem Mars –, die resultierende Umlaufbahn wäre jedoch möglicherweise nicht stabil gewesen.
Das Problem besteht darin, dass die „Einfang“-Umlaufbahn – diejenige, der der Mond folgt – zunächst als verlängerte Ellipse und nicht als Kreis begann. Im Laufe der Zeit veränderte sich unter dem Einfluss extremer Gezeiten die Form der Umlaufbahn.
„Heute ist die Erdflut schneller als der Mond“, sagte Williams. „Die Flut beschleunigt die Umlaufbahn. Sie gibt ihr einen Impuls, einen kleinen Schub. Mit der Zeit driftet der Mond etwas weiter weg.“
Der Effekt kehrt sich um, wenn der Mond näher an der Erde ist, wie es unmittelbar nach der Aufnahme der Fall gewesen wäre. Durch die Berechnung von Gezeitenänderungen sowie der Größe und Form der Umlaufbahn stellten die Forscher fest, dass sich die ursprüngliche elliptische Umlaufbahn des Mondes über einen Zeitraum von Tausenden von Jahren verkleinerte.
Auch die Umlaufbahn wurde kreisförmiger und rundete ihre Bahn, bis sich die Monddrehung in ihrer heutigen Umlaufbahn um die Erde festsetzte.
Zu diesem Zeitpunkt, so Williams, habe sich die Gezeitenentwicklung wahrscheinlich umgekehrt und der Mond habe begonnen, sich allmählich zu entfernen.
Jedes Jahr, sagte er, entferne sich der Mond 3 Zentimeter weiter von der Erde. In seiner aktuellen Entfernung von der Erde – 239.000 Meilen – spürt der Mond jetzt einen erheblichen Zug durch die Schwerkraft der Sonne.
„Der Mond ist jetzt so weit entfernt, dass sowohl die Sonne als auch die Erde um seine Aufmerksamkeit konkurrieren“, sagte Williams. „Beide ziehen daran.“
Seine Berechnungen zeigen, dass sich ein durch Binäraustausch erfasster Satellit mathematisch gesehen so verhalten könnte wie der Erdmond. Aber er ist sich nicht sicher, ob der Mond so entstanden ist.
„Niemand weiß, wie der Mond entstanden ist“, sagte er. „In den letzten vier Jahrzehnten hatten wir eine Möglichkeit, wie es dorthin gelangte. Jetzt haben wir zwei. Dies eröffnet eine Fundgrube neuer Fragen und Möglichkeiten für weitere Studien.“
Weitere Informationen:
Darren M. Williams et al., Forming Massive Terrestrial Satellites through Binary-Exchange Capture, Das Planetary Science Journal (2024). DOI: 10.3847/PSJ/ad5a9a