Entstehig vum Moo

D' Entstehig vum (Erd)mo wird sit Johrhunderte vu Wisseschaftler diskutiert. Sit Middi vu dr 1980er Johre het sich d'Asicht durgsetzt, dass dr Mo nooch eme sitliche Zämmestoss vu dr Proto-Erde mit eme ebba marsgroße Körper entstande isch (S'Präfix „Proto-“ verdütlicht, dass es sich noch um d'Vorläufer während dr Entstehig handelet un nit um d'Himmelskörper, wie mir si hüt chänne). Debi isch vil Materie in e Umlaufbahn zruckgworfe worre, wo sich sich innerhalb vu e baar hundert Johre dr Mo drus gformt het (Kollisionshypothese). Mer spricht us mehrere Gründe au vu dr Entstehig vum Erde-Mo-System. Zum eine git's im ganze Sunnesystem (mit Usnahm vum Plutomond Charon) kei wittere Mond, wo e ähnlichi Grössi im Vergliich zum umchreiste Planet ufwiist. Zum andere isch au dr Bahndrillimpuls vum Mo viil höcher wie bi alle andere Mönd, wiiderum mit Usnahm vum Charon. Obwohl sich d'Entwicklig vum Pluto-Charon-System in ere sehr chüehle Region vum Sunnesystem abgspilt het, got e au dert e zuenämmendi Azahl vu Astronome wie au bim Erdmo vum e Impakt bi dr Bildig vum Charon us, bsunders sit dr Entdeckig vu zwei nöie, chleine Plutomönd in dr Charon-Bahnebeni im Spotjohr 2005.

Entstehig vum Sunnesystem

D'Entstehig vum Sunnesystem het mit em gravitative Kollaps vu ere Gaswolke agfange, us dere d'Sunne als massivs Zentrum hervorgange isch. Us em verblibende Material (Gas un Staub) hän sich chleini Planetesimale bildet, us sälle wiiderum d'Planete. In dr Folg sin die meiste Planetesimale entweder uf d'Planete gstürzt oder sin dur sälli ins usser Sunnesystem (Kuipergürtel un Oortschi Wolke) oder sogar us em Sunnesystem nus gschlüderet worre.

Entstehig vum Mo

Sowit bekannt, stamme die erste Iberlegige iber d'Entstehig vum Mo, wo mer als Vorläufer vu dr Ifanghypothese betrachte cha, vu René Descartes. Si sin erst 1664, langi Zitt nooch im Descartes sinem Dod, publiziert worre.

Moderni Hypothese

Iber d'Entstehig vum Erde-Mo-System sin sit em 19. Johrhundert mehreri Hypothese entwicklet worre. Sälli sin im Wesetliche

d' Abspaltigshypothese: Vu ere heisse, (zäh)flüssige un schnell rotierende Proto-Erde het sich e Tropfe abgschnüert un dr später Mo bildet.
d' Ifanghypothese: Erde un Mo sin uabhängig in verschidene Regione vum Sunnesystem entstande; bi ere enge Begegnig het d'Proto-Erde dr Proto-Mo dur ihri Gravitation igfange.
d' Schwesterplanet-Hypothese: Erde un Mo sin glichzittig un nooch bienander entstandes.
d' Öpik-Hypothese: Dr Vorläufer vum Mo isch us Materie entstande, wo vu ere heisse Proto-Erde abdampft isch.
d' Viili-Mönd-Hypothese: Mehreri Mönd werre glichzittig igfange un kollidiere nooch einiger Zitt. Us dr Bruchstücker bildet sich dr hütig Mo.
d' Kollisionshypothese: Si kombiniert d'Ifanghypothese mit dr Abspaltigshypothese: D'Proto-Erde kollidiert mit eme grosse Körper un us dr weggschlüderte Materie bildet sich dr Mo.

E guets Modell muess nit nu physikalisch möglich si, sundern muess au mit dr Eigeschafte vum Mo beziegigswiis vum Erde-Mond-System veribar si un sälli wenn möglich sogar erchläre:

D'Dichti vum Mo isch mit 3,3 g/cm³ dütlich gringer wie sälli vu dr Erde mit 5,5 g/cm³
Dr Mo het im Vergliich zue dr Erde e grosses Defizit an liicht flüchtige Elemente sowie an Iise.
Die isotopisch Zämmesetzig vu dr Gsteiner vu dr Erdchruste un dr Mooberflächi isch fast identisch, im Gegesatz zum Rest vum Sunnesystem.
Dr Drillimpuls vum Erde-Mo-Systems isch ugwöhnlich hoch.
Dr Mo drillt sich im gliiche Drillsinn gnauso schnell um sich selber wie um d'Erde. Er het also e an si Umlaufbewegig bundeni Rotation un zeigt dr Erde immer die gliich Site.

Abspaltigshypothese

D'Abspaltigshypothese isch vum George Darwin, dr Suhn vum Charles Darwin, 1878 entwicklet worre. Demnooch het d'Erde in ihrer Früehphasi so schnell rotiert, dass sich dur Instabilitäte e Deil abglöst un dr Mo bildet het. 1882 het dr Geologe Osmond Fisher d'Feststellig dezuefüegt, dass dr Pazifisch Ozean die hüt noch sichtbar Narbe vu dere Abspaltig darstellt.

Diskussion

So e Ruslösig us dr extreme Äquatorwulst erchlärt rächt guet d'Grössi vum Mo. Au si gringeri middleri Dichti isch demit vereinbar, denn si entspricht dr Dichti vum Erdmantel. Nooch nöiere Forschige het d'Erde früeher datsächlich schneller rotiert, des heisst d'Däg sin früeher chürzer gsi; es git aber kei sinnvolli Erchlärig fer die hoche Rotationsgschwindigkeite (Dageslängi vu ca. 2,5 h), wo fer dr hütig Gsamtdrillimpuls vum Erde-Mo-Systems nötig gsi wäre. Au d'Vorstellig, dass dr Pazifik d' Narbe vu sällere Abspaltig darstellt, isch dur d'Plattetektonik widerlegt. D'Bahnebeni vum Mo isch zuedem vil z'starch gege d'Äquatorebeni vu dr Erde gneigt. In Hisicht vu dr Roche-Gränze blibt offe, wie dr Mo dr zerstörerische Gezittechräfte vu sällem Noochberiich entchumme si soll. Des wittere git es kei plausibli Erchlärig fer s'Defizit bi liicht flüchtige Elemente.

Ifanghypothese

D'Infanghypothese isch 1909 vum Thomas Jefferson Jackson See vorgschlage worre. Si besait, dass sich dr Mo als eigeständigs Planetesimal am e andere Ort im Sunnesystem bildet het un bi ere enge Begegnig mit dr Erde igfange worre isch.

Diskussion

D'Ifanghypothese cha dr hoch Drillimpuls vum System sowie dr Underschid vu dr Dichti vu dr Erde un vum Mo sehr elegant erchläre. Si erforderet aber e sehr spezielli Ifangbahn, die e grosse Zuefall bedütet. Zuedem müesst dr Mo e churze Itritt in d'Roche-Grenze iberstande ha, was bislang nit erchlärt werre cha. Au macht sälli Hypothese keinerlei Ussag dorüber, worum dr Mo sowohl bi liichtflüchtige Elemente als au bi Iise e Defizit gegeniber vu dr Erde het. Bi dr Ähnlichkeit vu dr isotopische Zämmesetzig schitteret d'Hypothese völlig.

Schwesterplanet-Hypothese

D'Schwesterplanet-Hypothese isch 1944 vum Carl Friedrich von Weizsäcker entwicklet worre, wesetlichi Vorarbeite fer d'Stabilität stamme vum Édouard Albert Roche. Dr erste, rein qualitativ Entwurf het dr Immanuel Kant verfasst. In sinere Kosmogoni vu 1755, im erste naturwisseschaftliche Erchlärigsversuech vum Ursprung vu dr Himmelskörper, hän sich Erde un Mo us ere gmeinsame Verdichtig vum präsolare Urnäbel direkt zu eme Doppelplanet bildet. D'Hauptmasse vu dr lokale Verdichtig het sich zue dr Erde verdichtet un us dr verblibene Staubhülle het sich dr Mo bildet.

Diskussion

Wenn sich Erde un Mo eng bienander entwicklet hän, no isch es absolut uverständlich, worum sich d'Dichti beziegigswiis dr Adeil vu liichtflüchtige Elemente sowie vu Iise bi dr Erde un bim Mo so starch underschiide. Fer dr hoch Adeil vum Bahndrillimpuls vum Mo im Vergliich zum Drillimpuls vu dr Erde selber git es keini plausibli Erchlärig. Au die 5 Grad grossi Neigig vu dr Mondbahnebeni gege d'Bahnebeni vu dr Erde wird demit nit begriiflich.

Öpik-Hypothese

Dr Ernst Öpik het 1955 e Hypothese vorgschlage, wo mer zwische dr Abspaltigs- un dr Schwesterplanet-Hypothese iordne cha. Die vume Ringsystem us igfangene Gsteinstrümmer umgäbe Proto-Erde het sich im Laufe vu ihrer Entwicklig dur die permanente Ischläge uf ca. 2000 °C ufgheizt un het grossi Materiemenge wiider abgä. Während dr Sunnewind die liichtere Elemente wegblose het, sin die schwerere kondensiert un hän zämme mit Deile vum Ringsystem dr Proto-Mo bildet. Sälli Ufheizig isch erst in ere spote Phase vu dr Erdentstehig erfolgt, so dass dur e bereits usbildete Erdchern dr Andeil vu Iise in dr Mantelschichte vu dr Proto-Erde scho dütlich verringeret gsi isch.

Diskussion

Sälli Hypothese isch sehr guet mit dr beobachtete geochemische Eigeschafte vum Mo vereinbar, d'Impulsprobleme vu dr Schwesterplanete-Hypothese besten aber uveränderet. Usserdem stellt sich do d'Frog, worum säll numme bi dr Erde passiert si soll un nit au bi dr andere innere Planete - wo alli keini Mönd hän. (D'Marsmönd sin e bsundere Fall).

Vili-Mönd-Hypothese

Im englische Sprochruum als many-moons hypothesis bezeichnet, het sälli Hypothese e churzzittige Popularität erläbt, noochdem si 1962 vum Thomas Gold vorgschlage un in dr druffolgende Johre vum Gordon MacDonald formalisiert worre isch. Grundlegender Gedanke isch, dass es fer d'Erde eifacher isch, mehreri chleini als e grosse Himmelskörper izfange.

Wenn no sex bis zehn chleini Mönd vu dr Erde igfange werre un sälli umchreise, so wandere d'Bahne vu sälle Mönd ufgrund vu dr Gezittewirkig nooch usse. Im Lauf vu ere Milliarde Johre stosse die chleine Mönd no zämme, un us dr Bruchstücker entstot dr Erdmo.

Diskussion

Sälli Hypothese isch dur d'Gsteinsprobe vu dr Apollo-Missione (isotopischi Zämmesetzig) widerlegt worre. Au isch nit plausibel, worum d'Vereinigig vu viile Monde zu eme einzige, ugwöhnlich grosse numme bi dr Erde abgloffe si soll, während dr Mars witterhi zwei separati winzigi Mönd het un die innere Planete asuschte iberhaupt keini Mönd besitze. Dr lang Zittruum, wo fer e Gezittechraft-basierende Vereinigigsprozess azsetze wär, liess erwarte, dass die innere Planete immer noch vu ere Fülli vu chleinere Monde umchreist werre, bi dene d'Vereinigig (noch) nit stattgfunde het.

Kollisionshypothese

D'Kollisionshypothese isch vum William K. Hartmann un vum Donald R. Davis 1975 entwicklet worre. Nooch dere Hypothese isch in dr Früehphase vu dr Planeteentwicklig e ebba marsgrosse Planetoid, wo nooch dr Mueder vu dr grichische Mondgötti Selene biswiile Theia gnennt wird, mit dr Proto-Erde, wo domols scho ebba 90% vu ihrer hütige Masse gha het. D'Kollision isch nit zentral erfolgt, sundern fast striifend, so dass grossi Materiemenge bestehend us Deile vum Mantel vum Impaktkörper un vum Erdmantel ime Erdorbit weggschlüderet worre sin. Us sälle Trümmer het sich innerhalb vu wäniger wie eim Dag dr Proto-Mo bildet. In chnapp 10.000 Johre het er sich zum Mo verdichtet un d'Erde ime Abstand vu rund 60.000 km umchreist.

D'Entwicklig vu dere Hypothese wird im Folgende usfüehrlicher erlüteret, wil säll Szenario die hüt vorligende Fakte am beste beschribt.

Entstehigsgschichte vu dr Kollisionshypothese

Dr erste Vorschlag, dr Ursprung vum Mo in ere kosmische Katastrophe z'sähe, het sich 1946 in ere Veröffentlichig vum Reginald Aldworth Daly in dr Proceedings of the American Philosophical Society gfunde; si isch, under anderem au ufgrund vu dr churz denooch verbreitete Hypothese vum Immanuel Velikovsky, ubeachtet bliibe.

In dr 1960er het dr russisch Astrophysiker Victor S. Safronov d'Hypothese entwicklet, dass d'Planete dur d'Zämmeballig vu ere grosse Azahl vu chleinerer Planetesimale entstande sin. Hartmann un Davis hän sälli Hypothese ufgriffe un hän im Safronov sini rein analytische Arbeite dur Computersimulatione verbessere chänne. Sie hän d'Grösseverdeilig vu dr entstoende „Zämmeballige“ undersuecht un debi e vergliichbari Grösseverdeilig wie im hütige Asteroidegürtel erhalde: Näbe eme große Körper (vergliichbar (1) Ceres mit circa 1000 km Durmesser) hän sich mehreri Körper mit ebba 1/10 vu sinere Masse z'si (vergliichbar (2) Pallas, (4) Vesta un (10) Hygeia mit 400 bis 600 km Durmesser). D'Grundidee vu dr Kollisionshypothese lit jetz dodrin, dass ein vu dene Körper erst in dr Endphase vu dr Planeteentstehig fast striifend mit dr Proto-Erde kollidiert isch, wodur e Deil vu dr Gsamtmasse in dr Orbit gschlüderrt worre isch un dr Mo bildet het. Dr Hartmann un dr Davis hän sälli Hypothese 1975 veröffetlicht. Uabhängig devu sin dr Alastair G. W. Cameron un dr William Ward 1976 dur Iberlegige zum Drillimpuls zum gliiche Ergebnis chu.

1983 hän dr A. C. Thompson un dr David J. Stevenson e Undersuechig iber d'Bildig vu chleinere Körper us em Kollisionsmaterial im Orbit veröffetlicht, aber es het numme wänigi gä, wo sich ernsthaft mit dr Kollisionshypothese usenandergsetzt hän. Dr Durbruch het e internationali Konferenz 1984 in Kailua-Kona, Hawaii iber die Ursprüng vum Mo brocht. D'Diskussion vu dr erste Undersuechige vum vu dr Apollo-Missione uf d'Erde brochte Mondgstei het bi dr meiste Wisseschaftler zue dr Iberzügig gfüehrt, dass d'Kollisionshypothese d'Fakte dütlich besser beschribt als alli andere Hypothese iber d'Entstehig vum Mo. Insbsundere het sich zeigt, dass die isotopisch Zämmesetzig vu dr Elemente vum Mondgstei dr vu irdischem Gstei im Wesetliche gliicht. So liige ebba d'Sürstoff-Isotopeverhältnisse vu irdischem Gstei, Apollo-Probe un Mondmeteorite uf ere gmeinsame Fraktionierigslinie, was zeigt, dass dr Sürstoff – als hüfigsts Element im Erde-Mond-System – us eme gmeinsame durmischte Reservoir chumme muess. Im Gegesatz dezue liige ebba d'Süerstoffisotopeverhältnisse vu suschstige Meteorite je nooch Ursprung uf andere Fraktionierigslinie.

In dr 1990er het es e Rückschlag fer d'Hypothese gä, als ersti Simulationsrechnige dr Impakt vume Körper mit dr drifache Marsmasse erforderet hän, um gnüegend Material in dr Orbit z'befördere. Säller Ischlag, zue eme Zittpunkt, wo d'Proto-Erde etwa d'Hälfti vu ihrer jetzige Grössi erreicht gha het, hätt aber dütlich z'viil Drillimpuls ibertrait; es wär deshalb noch e witterer schwere Impakt gege End vu dr Akkretionsphase vu dr Erde notwendig gsi. 2001 hän dr Robin M. Canup un dr Erik Asphaug aber mit verbesserte Modelle zeige chänne, dass ei einzige Impakt gege Ende vu dr Akkretionsphase usreicht, um sowohl Masse als au Geochemie vum Mo sowie dr Drillimpuls vum Erde-Mo-System z'erchläre. Die beste Ergebnisse erhaltet mer nooch sälle Simulatione fer e Impaktkörper, wo äweng größer als dr Mars isch un mit ere Relativgschwindigkeit vu wäniger wie 4 km/s (14.400 km/h) ime Stosswinkel vu ca. 45° kollidiert. Dur Vergliich vu dr Niob-Tantal-Verhältnisse vum Mo und dr Erde mit em Niob-Tantal-Verhältnis vum übrige Sunnesystems het inzwische zeigt werre chänne, dass dr Mo mindistens zue dr Hälfti us Erdmaterial bestot. S'Alder vum Mo isch im November 2005 in ere nöie, gsteisanalytische Undersuechig vu Wisseschaftler us Züri, Köln, Münster un Oxford iber Wolfram-128-Isotope uf 4,527 Milliarde Johre (+/- 0,01) bestimmt worre.

Theia-Hypothese

Animation vu dr Mondbildig dur Theia, e im irdische L₅-Punkt bildete Planet. L₅ lit 60° hinder dr Erde un e dertigs Objekt dät um säller Punkt pendle, sofern si Masse im Vergliich zue dere vu dr Erde vernoochlässigbar wär. Wenn nit, werre die Pendelbewegige um L₅ immer größer un irgendwenn got dr koorbitale Planet uf Kollisionskurs. D'Animation zeigt Ei-Johr-Schritt un losst d'Erde un d'Sunne fest sto. D'Asicht isch vu Süde, vu doher isch d'Rotation im Uhrzeigersinn.

In dr Theia-Hypothese stot Theia fer e ebba mars-grosse, zue dr Erde koorbitale Impaktor, wo no d'Erde troffe het, wobi in dr Folg vu dem Impakt dr Mo entstande si soll. D'Theia-Hypothese will e plausibli Erchlärig fer die fer d'Bildig vum Mo dur e Impakt relativ nidrigi erforderlich Kollisionsgschwindigkeit gä.

Die verhältnismässig nidrig Kollisionsgschwindigkeit vu numme 4 km/s liess sich nämli middels eme koorbitale Planet vu dr Proto-Erde im Lagrange-Punkt 4 oder 5 relativ guet erchläre. Koorbitali Asteroide vu Planete sin bi Jupiter, Mars un Neptun enteckt worre, koorbitali Mönd bi einige Saturnmönd. Es isch also au im hüttige Sunnesystem kei seltes Phänomen, so dass die fer d'Mobildig erforderliche schinbar rächt exotische Parameter gar nit so uwahrschinlich gsi si dürfte.

D'Lagrange-Punkte 4 un 5 sin nämli numme no stabil, wenn des zueme grosse Himmelskörper koorbital Objekt sehr chlei isch. Isch es degege relativ gross - was bime Masseverhältnis vu 10:1 wie mer's bi dr Theia-Hypothese animmt, gä isch, no isch d'Bahn nooch etlichi Johrmillione zwar instabil un e Kollision vu dr koorbitale Objekte wird uvermeidlich, aber es isch au Zit gnue fer d'Bildig do.

Diskussion

Nooch Iberistimmig vu ere Mehzahl vu Wisseschaftler stimmt d'Kollisionshypothese sehr guet mit dr Beobachtige iberi, au wenn noch sehr viil Detailarbet notwendig isch. Vor allem in dr Simulationsrechnige wird noch mit sehr starche Vereinfachige garbeitet un es git noch keini konsistente mathematische Modelle fer d'Bildig un d'Struktur vu dr orbitale Schiibe nooch em Impakt. Trotz dr Usicherheite iber dr gnaue Verlauf vum Impakt un dr nooch derzittigem Chenntnisstand gringe Wohrschinlichkeit vume derartige Zämmestoss mit eme Körper vu gnau dr richtige Grössi gnau zue dr richtige Zitt mit gnau dr richtige Stossparameter git es im Gegesatz zue dr andere vorgschlagene Hypothese zuemindist keini größere Widersprüch zue dr Beobachtige. Insofern ch amer do au vu ere Kollisionstheori spreche.

Zämmefassig

E Hauptziil vu dr Apollo-Missione isch es gsi, uf em Mo ahand vu sinere Zämmesetzig Hiwiis uf si Entstehig z'finde. Mer het chlari geochemischi Bewiise fer eini vu dr Grosse Dri Hypothese (Abspaltigshypothese, Ifanghypothese, Schwesterplanet-Hypothese) gsuecht, aber d'Uswertige hän bi alle dri numme nöii Widersprüche ufgworfe. Stattdesse sin uf dr Grundlag vu dr borgene Mondgsteiner e viirti, nöii Vorstellig entwicklet, wo sich im Prinzip us Deile vu dr Ifang- un dr Abspaltigshypothese zämmesetzt.

Am Afang vum 21. Johrhundert schine alli Fakte fer d'Kollisionshypothese z'spreche, aber wäge dr noch offene Detailfroge cha e anderi Entstehigsgschichte bislang nit usgschlosse werre. Noch isch witterhi alles meh Hypothese als Theori. Gliich em Ufchumme vum Kollisionsszenario am Afang vu dr 1970er-Johre, chönnte bi dr wittere Erforschig vu dr Entstehig vum Sunnesystem im Allgmeine un vum Erde-Mo-System im Einzelne dur nöii Befunde witteri Idee entsten, wo nit voruszsähe sin.

Literatur

W. K. Hartmann & D. R. Davis: Satellite-Sized Planetesimals and Lunar Origins, Icarus 24 (1975): 504–515.
Hartmann, W. K., et al., eds 1986: Origin of the Moon (Houston: Lunar and Planetary Institute)
Dana Mackenzie: The Big Splat, or How Our Moon Came to Be. (E Ibersicht vu dr Hypothese, historisch noochvollzoge)

Weblink

Video

Real Video: Wie isch dr Mo entstande? (Us dr Fernsehsendig Alpha Centauri)