Seit Jahrzehnten überlegen Wissenschaftler, wie die Erde ihren einzigen Satelliten, den Mond, erworben hat. Während einige argumentiert haben, dass es sich aus Material gebildet hat, das von der Erde aufgrund der Zentrifugalkraft verloren gegangen ist oder von der Schwerkraft der Erde erfasst wurde, ist die am weitesten verbreitete Theorie, dass sich der Mond vor etwa 4,5 Milliarden Jahren gebildet hat, als ein marsgroßes Objekt (Theia) kollidierte mit einer Proto-Erde (auch bekannt als Giant Impact Hypothesis).
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. Um genau diese Frage zu stellen, führte ein Team, ein internationales Wissenschaftlerteam, eine Studie durch, in der sie darauf hinwiesen, dass diese „Moonlets“ irgendwann wieder auf die Erde zurückgestürzt sein könnten und nur das zurücklassen, das wir heute sehen.
Die Studie mit dem Titel „Moonfalls: Kollisionen zwischen der Erde und ihren vergangenen Monden“ wurde kürzlich online veröffentlicht und zur Veröffentlichung in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Die Studie wurde von Uri Malamud, einem Postdoktoranden des Technion Israeli Institute of Technology, geleitet und umfasste Mitglieder der Universität Tübingen und der Universität Wien.
Für ihre Studie haben Dr. Malamud und seine Kollegen - Prof. Hagai B. Perets, Dr. Christoph Schafer und Herr Christoph Burger (Doktorand) - überlegt, was passieren würde, wenn die Erde in ihrer frühesten Form Erfahrungen gemacht hätte mehrere riesige Einschläge vor der Kollision mit Theia. Jeder dieser Einschläge hätte das Potenzial gehabt, ein submondförmiges „Moonlet“ zu bilden, das gravitativ mit der Proto-Erde sowie möglichen zuvor gebildeten Moonlets interagiert hätte.
Letztendlich hätte dies zu Fusionen von Moonlet zu Moonlet geführt, wobei die Moonlets aus der Erdumlaufbahn ausgestoßen wurden oder die Moonlets auf die Erde fielen. Am Ende haben Dr. Malamud und seine Kollegen beschlossen, 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 dem Space Magazine per E-Mail mitteilte:
„Nach dem gegenwärtigen Verständnis der Planetenbildung waren die späten Stadien des terrestrischen Planetenwachstums durch viele riesige Kollisionen zwischen planetaren Embryonen entstanden. Solche Kollisionen bilden erhebliche Trümmerscheiben, die wiederum zu Monden werden können. Wie wir in diesem und unseren vorherigen Arbeiten vorgeschlagen und betont haben, werden angesichts der Häufigkeit solcher Kollisionen und der Entwicklung der Monde die Existenz mehrerer Monde und ihre gegenseitigen Wechselwirkungen zu Mondfällen führen. Es ist ein inhärenter, unausweichlicher Teil der gegenwärtigen Theorie der Planetenbildung. “
Da die Erde jedoch ein geologisch aktiver Planet ist und ihre dichte Atmosphäre zu natürlicher Verwitterung und Erosion führt, ändert sich die Oberfläche mit der Zeit drastisch. Daher ist es immer schwierig, die Auswirkungen von Ereignissen zu bestimmen, die in den frühesten Perioden der Erde stattfanden - d. H. Das Hadean-Eon, das vor 4,6 Milliarden Jahren mit der Entstehung der Erde begann und vor 4 Milliarden Jahren endete.
Um zu testen, ob während dieses Zeitalters mehrere Einschläge stattgefunden haben könnten oder nicht, die zu Moonlets führten, die schließlich auf die Erde fielen, führte das Team eine Reihe von hydrodynamischen Simulationen mit glatten Partikeln (SPH) durch. Sie berücksichtigten auch eine Reihe von Moonlet-Massen, Kollisionsaufprallwinkeln und anfänglichen Proto-Erd-Rotationsraten. Wenn Moonlets in der Vergangenheit auf die Erde gefallen wären, hätte dies die Rotationsrate der Proto-Erde verändert, was zu ihrer aktuellen Sternrotationsperiode von 23 Stunden, 56 Minuten und 4,1 Sekunden geführt hätte.
Am Ende fanden sie Hinweise darauf, dass direkte Einschläge von großen Objekten zwar nicht wahrscheinlich waren, dass jedoch eine Reihe von grasenden Gezeitenkollisionen stattgefunden haben könnte. Diese hätten dazu geführt, dass Material und Trümmer in die Atmosphäre geworfen worden wären, die kleine Moonlets gebildet hätten, die dann miteinander interagiert hätten. Wie Malamud erklärte:
„Unsere Ergebnisse zeigen jedoch, dass im Falle eines Mondfalls die Verteilung des Materials aus dem Mondfall nicht einmal auf der Erde erfolgt und daher solche Kollisionen zu Asymmetrien und Inhomogenitäten der Zusammensetzung führen können. Wie wir in der Arbeit diskutieren, gibt es tatsächlich mögliche Beweise für Letzteres - Mondfälle können möglicherweise die Isotopenheterogenitäten in hochsiderophilen 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 angesichts der geologischen Entwicklung der Erde seit jenen frühen Zeiten schwer direkt zu bestätigen. “
Diese Studie erweitert effektiv die aktuelle und weit verbreitete Giant Impact Hypothese. In Übereinstimmung mit dieser Theorie bildete sich der Mond in den ersten 10 bis 100 Millionen Jahren des Sonnensystems, als sich die terrestrischen Planeten noch bildeten. Es wird angenommen, dass diese Planeten (Merkur, Venus, Erde und Mars) in den letzten Stadien dieser Periode hauptsächlich durch Einschläge mit großen Planetenembryonen gewachsen sind.
Es wird angenommen, dass sich der Mond seit dieser Zeit aufgrund der gegenseitigen Gezeiten von Erde und Mond entwickelt hat und nach außen zu seinem aktuellen Standort wandert, an dem er sich seitdem befindet. Dieses Paradigma berücksichtigt jedoch nicht die Auswirkungen, die vor der Ankunft von Theia und der Bildung des einzigen Satelliten der Erde stattfanden. Infolgedessen behaupten Dr. Malamud und seine Kollegen, dass es nicht mit dem Gesamtbild der Entstehung terrestrischer Planeten verbunden ist.
Durch die Berücksichtigung möglicher 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 Ergebnisse könnten auch Auswirkungen auf die Untersuchung anderer Sonnenplaneten und Monde haben. Wie Dr. Malamud angedeutet hat, gibt es bereits überzeugende Beweise dafür, dass Kollisionen im großen Maßstab die Entwicklung von Planeten und Monden beeinflusst haben.
"Auf anderen Planeten sehen wir Hinweise auf sehr große Einflüsse, die topografische Merkmale im Planetenmaßstab hervorriefen, wie die sogenannte Mars-Dichotomie und möglicherweise die Dichotomie von Charons Oberfläche", sagte er. „Diese mussten sich aus großen Auswirkungen ergeben, waren aber klein genug, um subglobale Planetenmerkmale zu erzeugen. Mondfälle sind natürliche Vorläufer solcher Auswirkungen, aber einige andere große Auswirkungen von Asteroiden, die ähnliche Auswirkungen haben könnten, können nicht ausgeschlossen werden. “
Es besteht auch die Möglichkeit, dass solche Kollisionen in ferner Zukunft auftreten. Nach aktuellen Schätzungen seiner Migration wird der Marsmond Phobos irgendwann auf die Oberfläche des Planeten stürzen. Diese Kollision ist zwar klein im Vergleich zu den Auswirkungen, die Moonlets und den Mond um die Erde erzeugt hätten, aber ein direkter Beweis dafür, dass Mondfälle in der Vergangenheit stattgefunden haben und in Zukunft wieder auftreten werden.
Kurz gesagt, die Geschichte des frühen Sonnensystems war gewalttätig und katastrophal, und ein Großteil der Schöpfung resultierte aus starken Kollisionen. Wenn wir ein vollständigeres Bild davon haben, wie diese Einwirkungsereignisse die Entwicklung der terrestrischen Planeten beeinflusst haben, können wir neue Erkenntnisse darüber gewinnen, wie sich lebenstragende Planeten gebildet haben. Dies könnte uns wiederum helfen, solche Planeten in außersolaren Systemen aufzuspüren.
