Wie kam die Erde zu ihrem Mond?

Die Kollisionstheorie (Illustration: Gemini Observatory)

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Präsentation:Christoph Tscherne

Inhaltsverzeichnis

1. Eine kurze Historie

2. Der Mond

3. Woher wir über den Mond wissen

4. Die wichtigsten Theorien der Mondentstehung

5. Im Detail: Die Kollisionstheorie

6. Neue Erkenntnisse: Muss die Kollisionstheorie verworfen

werden?

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1. Eine kurze Historie• Entstehung des Universums• Urknall vor ca. 13,7 Mrd. Jahren

• Entstehung des Sonnensystems• Vor ca. 4,6 Mrd. Jahren aus dem Sonnennebel

• Entstehung der Erde• Hadaikum (vor 4,6-3,8 Mrd. Jahren)

• Vgl. Kollisionstheorie

• Archaikum (vor 3,8-2,5 Mrd. Jahren)

• Proterozoikum (vor 2,5 Mrd. Jahren bis vor ca. 500 Mil. Jahren)

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1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

2. Der Mond • Abstand zur Erde • ca. 380000km

• Durchmesser• ca. 3476km (rund 1/4 der Erde)

• Masse• ca. 7,349 · 1022 kg (rund 1/81 der Erde (!) )

• Schwerkraft• Fallbeschleunigung von ca. 1,6m/s²

• Temperatur• -160°C bis +130°C

• „Dunkle Seite“ des Mondes• Sein Einfluss auf unser Leben 4

1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

3. Woher wir über den Mond wissen• Erdgebundene Forschung• Mittels Fernrohr

• Erforschung mittels Raumfahrzeugen• Aufnahmen der „Rückseite“

• Mondgestein

• Menschen auf dem Mond

• Aktuelle und zukünftige Mondmissionen

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1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

4. Die wichtigsten Theorien der Mondentstehungi. Die Abspaltungstheorie

ii. Die Einfangtheorie

iii. Die Schwesterplanet-Theorie

iv. Die Öpik-Theorie

v. Die Viele-Monde-Theorie

vi. Die Kollisionstheorie

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1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

Was muss eine Theorie liefern?• Physikalisch möglich• Mit beobachtbaren Eigenschaften vereinbar• Eigenschaften erklären

• Wichtige Eigenschaften des Mondes im Vergleich zur Erde• Geringere Dichte• Großes Defizit an leicht flüchtigen Elementen

• z.B.: Wasser, Eisen• Anteil an schnell kondensierenden Elementen höher

• z.B.: Aluminium, Uran• Isotopische Zusammensetzung der Gesteine annähernd ident• Drehimpuls des Systems Erde-Mond ist sehr hoch

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1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

4. i. Die Abspaltungstheorie• George Howard Darwin 1878• Abspaltung des Mondes aus der jungen, glut-flüssigen Erde

aufgrund schneller Rotation (vgl. Tropfenmodell)

Größe und Zusammensetzung des Mondes

Χ Hohe Rotationsgeschwindigkeit (Tageslänge auf der Erde: 2-3 Stunden)

Χ Bahnebene des Mondes gegen Äquatorebene der Erde geneigt

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1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

4. ii. Die Einfangtheorie• Thomas Jefferson Jackson See 1909• Mond entstand nicht in Erdnähe, wurde aber bei einer

Begegnung von der Erde eingefangen

Drehimpuls des Systems Erde-MondDichteunterschied von Erde und Mond

Χ Einfang bedingt eine sehr spezielle Bahn -> ZufälligkeitΧ Warum haben Erde und Mond eine ähnliche isotopische

Zusammensetzung?

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1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

4. iii. Die Schwesterplanet-Theorie

• Carl Friedrich von Weizsäcker 1944• Idee: Immanuel Kant 1755

• Erde und Mond entstanden gemeinsam aus dem Ur-Nebel, der die frühe Sonne umgab

Größe und Masse des Mondes

Χ Dichteunterschied Erde-MondΧ Neigung der MondbahnΧ Unterschied in leicht und schwer flüchtigen Elementen

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1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

4. iv. Die Öpik-Theorie• Ernst Öpik 1955• Heiße Erde dampft Materie ab• Materie bildet gemeinsam mit Teilen des Ringsystems um

Erde den Proto-Mond

Chemische Zusammensetzung des Mondes

Χ Drehimpuls

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1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

4. v. Die Viele-Monde-Theorie• Thomas Gold 1962• Einfang mehrerer kleinerer Objekte durch die Erde, welche

kollidieren und den Mond bilden

Wahrscheinlicher als Einfangtheorie

Χ Zusammensetzung des MondesΧ Warum sollte Erde ein Spezialfall sein?

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1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

4. vi. Die Kollisionstheorie• William K. Hartmann und Donald R. Davis 1975• Kollision der Proto-Erde mit etwa marsgroßen Protoplaneten

(Theia)• Aus freigesetzten Material bildete sich Proto-Mond

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1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

ung

5. Impact

6. Zweifel

Im Detail: Die Kollisionstheorie• 1975: “Satellite-Sized Planetesimals and Lunar Origins”

(Hartmann, Davis)• Durchbruch erst 1984 bei einer Konferenz in Hawaii• Überlegenheit gegenüber anderen Theorien• Erklärt Ähnlichkeit in isotopischer Zusammensetzung• Erklärt geringere Dichte des Mondes• Erklärt unterschiedliche Häufigkeit bestimmter Elemente• Erklärt Drehimpuls

• Kollision• Marsgroßer Protoplanet• Winkel 45° (streifender Einschlag)• Relativgeschwindigkeit < 4km/s (14.400 km/h) 14

1. Historie

2. Mond

3. Wissen

4.Entsteh-

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5. Impact

6. Zweifel

Neue Erkenntnisse: Muss die Kollisionstheorie verworfen werden?

• Bisherige Simulationen: Etwa 40% des Mondmaterials stammen von Theia

• Untersuchung des Mondgesteins der Apollo-Missionen zeigt:

Erde und Mond sind sich zu ähnlich!

Keine sinnvolle Erklärung warum Titanisotope Erde und Mond einander derart gleichen

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3. Wissen

4.Entsteh-

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5. Impact

6. Zweifel

Herzlichen Dank für eure Aufmerksamkeit!

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