Folgenreicher Crash: Die Katastrophe näherte sich aus Richtung Sonne

Woher kam der etwa marsgroße Himmelskörper Theia, der vor 4,5 Milliarden Jahren mit der jungen Erde kollidierte und so den Mond entstehen ließ? Stammte er von außerhalb des Sonnensystems, oder war er wie die anderen Planeten in der Nähe unseres Gestirns entstanden? Ein Forscherteam unter Leitung von Timo Hopp vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen ist davon überzeugt, dass Theia gemeinsam mit der Urerde im inneren Sonnensystem kreiste, bevor es zu dem folgenschweren Zusammenstoß kam. Dafür spreche die Ähnlichkeit der chemischen Zusammensetzung des Mondes und unseres Heimatplaneten, schreiben die Forscher in der Zeitschrift „Science“. „Erde und Theia dürften Nachbarn gewesen sein“, sagt Hopp. Dass Nachbarn nicht immer harmonisch nebeneinander leben, ist bekannt. Für Theia – in der griechischen Mythologie ist das der Name einer Tochter der Erdgöttin Gaia – endete die Begegnung in ihrer totalen Zerstörung und einer völligen Umgestaltung der äußeren Schichten der Urerde. Doch dieses planetare Desaster war gleichzeitig die Geburtsstunde des Mondes, wie verschiedene Befunde zeigen: So bestehen Erde und Mond zu ähnlichen Anteilen aus den gleichen chemischen Elementen. Wäre der Mond von unserem Planeten eingefangen worden, müssten sich größere Unterschiede zeigen. Die beiden Himmelskörper sind aber offensichtlich nicht gemeinsam aus der Urwolke des Sonnensystems entstanden: Hätten sie sich gemeinsam gebildet, dann wären der Orbit des Mondes um die Erde enger und die Eigenrotation unseres Planeten langsamer. Eine große Kollision erklärt hingegen alle Beobachtungsdaten zufriedenstellend. Elementare Zusammensetzung in der Vorzeit Doch Details über Theia sind spärlich und außerordentlich schwierig aufzufinden. Ihr Material und das der Urerde ist durchmischt und fast nicht zu trennen. Ob eine Gesteinsprobe von der Mondoberfläche oder der Erde ursprünglich in Theia enthalten war oder in der Urerde, lässt sich daher kaum sicher sagen. Und doch müsste die ursprüngliche Zusammensetzung Theias die der heutigen Erde wie auch des Mondes entscheidend beeinflusst haben, erklärt Timo Hopp: „Weil der Mond und die Erde ein Produkt aus der Urerde und Theia sind, können wir versuchen, zurückzurechnen, wie die Zusammensetzung der Körper vor dem Zusammenstoß war.“ Zu diesem Zweck charakterisierten die Forscher die Elementzusammensetzung von Erde und Mond anhand bestimmter Isotope des Elements Eisen. Hopp und sein Team erkannten, dass das Verhältnis verschiedener Eisenisotope auf der Erde und dem Mond sogenannten nicht-kohligen Chondriten ähnelt. Das sind eine bestimmte Gruppe von Meteoriten aus dem inneren Sonnensystem. Sie entstanden innerhalb des Bereichs, der ungefähr von der Umlaufbahn des Jupiters begrenzt wird. Auch Theia müsse deshalb aus diesem Bereich stammen. Wäre der Himmelskörper aus dem äußeren Sonnensystem gekommen, hätte er das Isotopenverhältnis auf der Erde und dem Mond relativ zu dem in den Chondriten verändert. Tatsächlich deuten die Messungen sogar darauf hin, dass Theia deutlich näher an der Sonne entstanden war als die Urerde. Theia stammte demnach aus der Zone, in der heute die Planeten Merkur und Venus um die Sonne kreisen. Die Untersuchung liefert damit zum ersten Mal belastbare Hinweise auf den Ursprung von Theia. „Sie war möglich, nachdem die nötige Präzision der Isotopenmessungen vor rund fünf Jahren technisch erreichbar wurde“, erklärt Timo Hopp. Während eines Forschungsaufenthalts an der University of Chicago konnte der Wissenschaftler die Technik erstmals auf Mondproben anwenden, die von Apollo-Astronauten zur Erde gebracht worden waren. Das Resultat könnte auch ein Befund amerikanischer Forscher aus dem Jahr 2023 bestätigen: Damals hatte ein Team um Qian Yuan von der Arizona State University Hinweise darauf gefunden, dass zwei große Bereiche im Erdmantel, die sich durch besondere hohe Dichten auszeichnen, Überbleibsel von Theia sein könnten. Die beiden sogenannten „Provinzen mit niedriger Schergeschwindigkeit“ liegen unter dem Pazifik beziehungsweise dem afrikanischen Kontinent und wurden mithilfe von Erdbebenwellen entdeckt. „Ein Ursprung im inneren Sonnensystem erklärt, warum Theia eine höhere Dichte hatte als die Urerde und die Provinzen in der Lage waren, die Bewegungen des Erdmantels über Milliarden von Jahren zu überstehen“, sagt Qian Yuan, der selbst nicht an der Studie des Teams um Timo Hopp beteiligt war. „Ich gehe davon aus, dass diese Arbeit umfangreiche Folgeforschungen in den Bereichen Einschlag, Tiefenerdforschung und Planetenentstehung anregen wird.“