Es ist schwer, einen Vollmond zu betrachten, der sich von anderen Objekten am Nachthimmel unterscheidet, und sich nicht zu wundern, wie er entstanden ist. Wissenschaftler haben mehrere unterschiedliche Mechanismen vorgeschlagen, um die Entstehung des Mondes zu erklären - dass er aus Material stammt, das aufgrund der Zentrifugalkraft von der Erde geschleudert wurde, dass er bereits gebildet wurde, als er von der Schwerkraft der Erde erfasst wurde, und dass sich Erde und Mond währenddessen gemeinsam bildeten die Geburt des Sonnensystems.
Ab den 1970er Jahren vermuteten Experten jedoch eine dramatischere Schöpfungsgeschichte: Der Mond entstand als Ergebnis einer massiven Kollision zwischen einem marsgroßen Protoplaneten und einer jungen Erde vor etwa 4, 5 Milliarden Jahren. In dieser Theorie wäre der kleinere Protoplanet (oft Theia genannt) ungefähr 30 Millionen Jahre nach dem Beginn der Entstehung des Sonnensystems mit einer Geschwindigkeit von fast 10.000 Meilen pro Stunde auf die Erde geschlagen und hätte eine enorme Explosion ausgelöst. Viele der dichteren Elemente Theias, wie das Eisen, wären in den Erdkern eingefallen, wohingegen leichteres Mantelmaterial sowohl von der Erde als auch von Theia verdampft und in die Umlaufbahn geschleudert worden wäre und bald zu dem verschmelzen würde, was wir heute als Mond kennen durch die Schwerkraft der Erde.
Wir haben bereits mehrere indirekte Beweise für diese Idee gefunden: Von Apollo gesammelte Mondgesteine weisen Sauerstoffisotopenverhältnisse auf, die denen auf der Erde ähneln, und die Bewegung und Rotation des Mondes weisen im Vergleich zu anderen Objekten einen ungewöhnlich kleinen Eisenkern auf im Sonnensystem. Wir haben sogar Staub- und Gasgürtel an fernen Sternen beobachtet, die sich wahrscheinlich bei ähnlichen Kollisionen zwischen felsigen Körpern gebildet haben.
Jetzt haben Wissenschaftler der Washington University in St. Louis und anderswo, die heute in Nature berichten, eine völlig neue Art von Beweis für diese Theorie der Mondbildung aufgedeckt. Die Forscher untersuchten 20 verschiedene Mondgesteinsproben, die während der Apollo-Missionen an entfernten Orten auf dem Mond gesammelt wurden, und entdeckten die ersten direkten physikalischen Beweise für die Art des massiven Verdampfungsereignisses, das den vermuteten Einfluss begleitet hätte.
Ein kreuzpolarisiertes Durchlichtbild eines Mondgesteins, in dem Wissenschaftler einen Überschuss an schwereren Zinkisotopen fanden. (Bild von J. Day) Bei der Untersuchung der Mondgesteine fanden die Geochemiker eine molekulare Signatur der Verdampfung der Art der in den Proben eingebetteten Zinkisotope. Insbesondere stellten sie eine leichte Unregelmäßigkeit in der Menge schwererer Zinkisotope im Vergleich zu leichteren fest.
Die einzige realistische Erklärung für diese Art der Verteilung sei ein Verdampfungsereignis. Wenn Theia vor Milliarden von Jahren mit der Erde kollidiert wäre, hätten sich die Zinkisotope in der entstehenden Verdampfungswolke auf ganz besondere Weise zum sich schnell bildenden Mond verdichtet.
„Wenn ein Gestein geschmolzen und dann verdampft wird, treten die leichten Isotope schneller in die Dampfphase ein als die schweren Isotope“, sagt der Hauptautor der Zeitung, Frédéric Moynier, Geochemiker der Washington University. „Am Ende entsteht ein Dampf, der mit den leichten Isotopen angereichert ist, und ein fester Rückstand, der mit den schwereren Isotopen angereichert ist. Wenn Sie den Dampf verlieren, wird der Rückstand im Vergleich zum Ausgangsmaterial an den schweren Isotopen angereichert. “
Mit anderen Worten, der Dampf, der in den Weltraum entkommen wäre, wäre unverhältnismäßig reich an leichten Zinkisotopen, und das zurückgelassene Gestein hätte einen Überschuss an schweren. Genau das hat das Team in den Mondgesteinen gefunden, die es untersucht hat. Um die Studie zu stärken, untersuchten sie auch Gesteine von Mars und Erde und verglichen die Isotopenverteilung in jeder Probe - und der Überschuss an schweren Isotopen in den Mondgesteinen war zehnmal größer als der der anderen.
Natürlich ist die Studie kein definitiver Beweis dafür, dass der Mond durch eine Kollision entstanden ist, aber im Gegensatz zu den vorherigen Indizien ist es schwierig, eine alternative Theorie zu entwickeln, die die in den Felsen gefundene Signatur erklärt. Wir können nicht 4, 5 Milliarden Jahre zurückblicken, um sicher zu sein, aber wir sind näher als je zuvor daran zu wissen, wie unser Planet mit seinem Mond endete.
