Jahrzehntelang haben Wissenschaftler darüber nachgedacht, wie die Erde ihren einzigen Satelliten, den Mond, erworben hat. Während einige argumentiert haben, dass es sich aus Material gebildet hat, das die Erde aufgrund der Zentrifugalkraft verloren hat, oder durch die Schwerkraft der Erde eingefangen wurde, ist die am weitesten verbreitete Theorie dies der Mond hat sich gebildet Vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren kollidierte ein marsgroßes Objekt (namens Theia) mit einer Proto-Erde (aka. the Giant Impact Hypothese ).
Da die Proto-Erde jedoch viele Rieseneinschläge erlebte, wird erwartet, dass sich im Laufe der Zeit mehrere Monde in ihrer Umlaufbahn gebildet haben. Es stellt sich also die Frage, was mit diesen Monden passiert ist. Genau diese Frage stellte ein Team, das von einem internationalen Wissenschaftlerteam geleitet wurde eine Studie in denen sie vermuten, dass diese „Mondlets“ irgendwann wieder auf die Erde abgestürzt sein könnten und nur noch das übrigbleibt, was wir heute sehen.
Die Studie mit dem Titel „ Mondfälle: Kollisionen zwischen der Erde und ihren vergangenen Monden “, ist kürzlich online erschienen und wurde zur Veröffentlichung in derMonatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.Die Studie wurde von Uri Malamud geleitet, einem Postdoktoranden der Technion Israeli Institute of Technology , und schlossen Mitglieder aus der Universität Tübingen , Deutschland und die Universität Wien .
Dr. Malamud und seine Kollegen – Prof. Hagai B. Perets, Dr. Christoph Schafer und Herr Christoph Burger (Doktorand) – überlegten für ihre Studie, was passieren würde, wenn die Erde in ihrer frühesten Form etwas erlebt hätte mehrere riesige Einschläge, die der Kollision mit Theia vorausgingen. Jeder dieser Einschläge hätte das Potenzial gehabt, einen „Mondlet“ mit sublunarer Masse zu bilden, der gravitativ mit der Proto-Erde sowie mit allen möglichen zuvor gebildeten Mondchen interagiert hätte.
Letztendlich hätte dies zu einer Verschmelzung von Mondchen und Mondchen geführt, die Mondchen würden aus der Erdumlaufbahn geschleudert oder die Mondchen fielen auf die Erde. Am Ende entschieden sich Dr. Malamud und seine Kollegen, diese letztere Möglichkeit zu untersuchen, da sie bisher von Wissenschaftlern nicht untersucht wurde. Darüber hinaus könnte diese Möglichkeit drastische Auswirkungen auf die geologische Geschichte und Entwicklung der Erde haben. Wie Malamud Universe Today per E-Mail mitteilte:
„Nach dem gegenwärtigen Verständnis der Planetenentstehung waren die späten Stadien des terrestrischen Planetenwachstums viele riesige Kollisionen zwischen planetaren Embryonen. Solche Kollisionen bilden bedeutende Trümmerscheiben, die wiederum zu Monden werden können. Wie wir in dieser und unseren vorherigen Veröffentlichungen vorgeschlagen und betont haben, führt angesichts der Häufigkeit solcher Kollisionen und der Entwicklung der Monde die Existenz mehrerer Monde und deren gegenseitige Wechselwirkungen zu Mondfällen. Es ist ein inhärenter, unausweichlicher Bestandteil der aktuellen Theorie der Planetenentstehung.“
Da die Erde jedoch ein geologisch aktiver Planet ist und ihre dichte Atmosphäre zu natürlicher Verwitterung und Erosion führt, verändert sich die Oberfläche mit der Zeit drastisch. Daher ist es immer schwierig, die Auswirkungen von Ereignissen zu bestimmen, die während der frühesten Erdperioden stattfanden – d. h. des Hadean-Äons, das vor 4,6 Milliarden Jahren mit der Entstehung der Erde begann und vor 4 Milliarden Jahren endete.
Künstlerische Vorstellung von Asteroiden oder Kometen, die Wasser zu einer Proto-Erde transportieren. Quelle: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Um zu testen, ob während dieses Äons mehrere Einschläge stattgefunden haben könnten, die zu Monden führten, die schließlich auf die Erde fielen, führte das Team eine Reihe von glatten hydrodynamischen (SPH)-Simulationen durch. Sie betrachteten auch eine Reihe von Mondmassen, Kollisionswinkeln und anfänglichen Rotationsraten der Proto-Erde. Wenn in der Vergangenheit Mondchen auf die Erde gefallen wären, hätte dies im Grunde die Rotationsgeschwindigkeit der Proto-Erde verändert, was zu ihrer aktuellen siderischen Rotationsperiode von 23 Stunden, 56 Minuten und 4,1 Sekunden geführt hätte.
Am Ende fanden sie Beweise dafür, dass es zwar unwahrscheinlich war, dass direkte Einschläge von großen Objekten eine Reihe von grasenden Gezeitenkollisionen stattgefunden haben. Diese hätten dazu geführt, dass Material und Trümmer in die Atmosphäre geschleudert worden wären, die kleine Mondchen gebildet hätten, die dann miteinander interagiert hätten. Wie Malamud erklärte:
„Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass bei einem Mondfall die Materialverteilung des Mondfalls auf der Erde nicht gleichmäßig ist und daher solche Kollisionen zu Asymmetrien und Zusammensetzungsinhomogenitäten führen können. Wie wir in der Arbeit diskutieren, gibt es tatsächlich mögliche Beweise für Letzteres – Mondfälle können möglicherweise die isotopischen Heterogenitäten in stark siderophilen Elementen in terrestrischen Gesteinen erklären. Im Prinzip können Mondkollisionen auch eine großräumige Struktur auf der Erde erzeugen, und wir spekulierten, dass ein solcher Effekt zur Bildung des frühesten Superkontinents der Erde beigetragen haben könnte. Dieser Aspekt ist jedoch spekulativer und lässt sich angesichts der geologischen Entwicklung der Erde seit dieser frühen Zeit nur schwer direkt bestätigen.“
Diese Studie erweitert effektiv die aktuelle und weit verbreitete Giant Impact Hypothese. Nach dieser Theorie entstand der Mond während der ersten 10 bis 100 Millionen Jahre des Sonnensystems, als sich die Erdplaneten noch bildeten. Es wird angenommen, dass diese Planeten (Merkur, Venus, Erde und Mars) in den letzten Stadien dieser Periode hauptsächlich durch Einschläge mit großen planetarischen Embryonen gewachsen sind.
Künstlerische Darstellung zweier kollidierender Felskörper. Eine solche Kollision ist die wahrscheinlichste Quelle für den warmen Staub im HD 131488-System. Bildnachweis: Lynette Cook für Gemini Observatory/AURA
Es wird angenommen, dass sich der Mond seit dieser Zeit aufgrund der gegenseitigen Gezeiten von Erde und Mond entwickelt hat und sich nach außen zu seinem aktuellen Standort bewegt hat, an dem er sich seitdem befindet. Dieses Paradigma berücksichtigt jedoch keine Auswirkungen, die vor der Ankunft von Theia und der Bildung des einzigen Satelliten der Erde stattfanden. Als Ergebnis behaupten Dr. Malamud und seine Kollegen, dass es vom Gesamtbild der terrestrischen Planetenentstehung getrennt ist.
Durch die Berücksichtigung potenzieller Kollisionen vor der Entstehung des Mondes könnten Wissenschaftler ein vollständigeres Bild davon erhalten, wie sich sowohl die Erde als auch der Mond im Laufe der Zeit entwickelt haben. Diese Erkenntnisse könnten auch Auswirkungen auf die Untersuchung anderer solarer Planeten und Monde haben. Wie Dr. Malamud angedeutet hat, gibt es bereits überzeugende Beweise dafür, dass groß angelegte Kollisionen die Entwicklung von Planeten und Monden beeinflusst haben.
„Auf anderen Planeten sehen wir Beweise für sehr große Einschläge, die topografische Merkmale im Planetenmaßstab erzeugten, wie die sogenannte Dichotomie des Mars und möglicherweise die Dichotomie der Oberfläche von Charon“, sagte er. „Diese mussten durch groß angelegte Einschläge entstehen, aber klein genug, um subglobale Planetenmerkmale zu erzeugen. Mondfälle sind natürliche Vorläufer solcher Einschläge, aber man kann einige andere große Einschläge durch Asteroiden nicht ausschließen, die ähnliche Auswirkungen haben könnten.“
Es besteht auch die Möglichkeit, dass solche Kollisionen in ferner Zukunft stattfinden. Nach aktuellen Schätzungen seiner Wanderung wird der Marsmond Phobos schließlich auf die Oberfläche des Planeten stürzen. Obwohl sie im Vergleich zu den Einschlägen, die Mondchen und den Mond um die Erde herum erzeugt hätten, gering ist, ist diese mögliche Kollision ein direkter Beweis dafür, dass Mondfälle in der Vergangenheit stattgefunden haben und in Zukunft wieder stattfinden werden.
Kurz gesagt, die Geschichte des frühen Sonnensystems war gewalttätig und katastrophal, wobei ein Großteil der Schöpfung aus mächtigen Kollisionen resultierte. Indem wir ein vollständigeres Bild davon haben, wie sich diese Einschlagsereignisse auf die Entwicklung der terrestrischen Planeten ausgewirkt haben, können wir neue Einblicke in die Entstehung lebenstragender Planeten gewinnen. Dies wiederum könnte uns helfen, solche Planeten in extrasolaren Systemen aufzuspüren.
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