Bombardement aus dem All

Vom Mond zur Erde

Man weiß nicht genau, wann sich auf der Erde die ersten Organismen regten, schätzungsweise war das bereits vor mehr als drei Milliarden Jahren der Fall. Neue Isotopen-Messungen lassen vermuten, dass es vielleicht sogar schon vor 3,9 Milliarden Jahren biotische Stoffwechselvorgänge gab. Aus biologischer Sicht ist die LHB-Datierung deshalb irritierend: Hätte das Bombardement nicht alles Leben abtöten müssen?

Doch für die LHB-Hypothese gibt es weitere Belege. So publizierte im Jahr 2000 ein Team um Timothy Swindle von der University of Arizona in Tucson Analysen von Mondmeteoriten. Durch Einschläge auf dem Mond wurden die Steine ins All gesprengt und irrten dann typischerweise 100.000 Jahre durch den erdnahen Weltraum, bis sie auf die Erde stürzten. Wenn sie auf Orbits um die Sonne gelangen, können sie sogar bis zu 20 Millionen Jahre unterwegs sein. Die Hoffnung war, dass dieses Himmelsgestein ​​eine repräsentativere Auswahl der lunaren Kruste darstellt als die Apollo-Proben, die nur von einem kleinen Bruchteil der Vorderseite des Mondes stammen.

Doch auch diese Resultate zeigten das vertraute Muster: Der Kosmochemiker Timothy Swindle meint: „Ehrlich gesagt dachte ich, wir würden auch ein paar Mal ein Alter von 4,3 und 4,4 Milliarden Jahren messen und so beweisen, dass die ganze LHB-Idee falsch ist.“

Doch es kam anders: Die Forscher fanden keine Hinweise auf Einschläge, die deutlich älter als 3,9 Milliarden Jahre waren. Es schien, als wären alle Spuren aus der Zeit davor durch das Bombardement aus dem All zerstört worden. Allerdings wurde auch keine auffällige Altershäufung der Mondmeteorite zum hypothetischen Zeitpunkt des LHB festgestellt.

Tumult im Sonnensystem

Weitere Schützenhilfe für die LHB-Hypothese kam aus Südfrankreich. Dort hatte sich 2005 eine Forschergruppe um Alessandro Morbidelli von der Universität Côte d’Azur zusammengeschlossen, um mit Computersimulationen die Entwicklung des Sonnensystems nachzustellen. Heraus kam das „Nizza-Modell“ (bild der wissenschaft 6/2011, „Die Flegeljahre der Giganten“). Es beschreibt die Frühzeit der äußeren Riesenplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Demzufolge standen sich diese Planeten anfangs deutlich näher als heute und bewegten sich auf fast kreisförmigen Orbits.

Doch die alte Ordnung war instabil – unter anderem aufgrund der Wechselwirkung der Planeten mit dem bei der Planetengeburt übrig gebliebenen „Baumaterial“, den sogenannten Planetesimalen. Die Folge: Uranus und Neptun wurden auf sonnenfernere Orbits gelenkt, die Bahnen von Jupiter und Saturn verformten sich zu Ellipsen. Die destabilisierende Wirkung wurde, so die Hypothese, besonders durch die gravitative Interaktion von Jupiter und Saturn verstärkt, deren Umlaufzeiten zeitweise das Verhältnis 1:2 hatten. Dem Nizza-Szenario zufolge bewirkte vor allem der Eintritt dieser 1:2-Resonanz, dass genau zum passenden Zeitpunkt Planetesimale aus ihren angestammten Bahnen geworfen wurden. Ein Teil der Irrläufer sei mit Mond und Erde kollidiert. Diese Resultate, insbesondere die scheinbare Bestätigung des Wertes von 3,9 Milliarden Jahren, verliehen der LHB-Idee weitere Überzeugungskraft.

Trotzdem blieben manche Forscher skeptisch. Das lag auch an der Argon-Methode. So kritisierte der Geochemiker Mark Harrison, dass bei Gestein mit mehreren Mineralen die Methode nicht gut funktioniere: Beim schrittweisen Erhitzen im Labor geben verschiedene Minerale ihr Argon bei unterschiedlichen Temperaturen ab. Zwar versucht man, diesen Effekt rechnerisch zu korrigieren. Laut Harrison führt dies aber zu recht willkürlichen Ergebnissen. Experten wie Timothy Swindle oder der Kosmochemiker Mario Trieloff von der Universität Heidelberg sehen hingegen keine grundlegenden Probleme der Methode.

Aufklärung vor Ort

Nach der Apollo-Ära wurde der Mond immer wieder von automatischen Sonden angesteuert. So schwenkte im Jahr 2009 der Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA in eine Mondumlaufbahn ein, wo er bis heute aktiv ist. Seine Fotos befeuerten die LHB-Debatte: Auf manchen ist Trümmergestein zu erkennen, das sich weiträumig vom Mare Imbrium ausbreitet. Dieses „Regenmeer“ ist das zweitgrößte der dunklen Gebiete auf dem Mond, die zusammen das Mondgesicht bilden. Aus historischen Gründen werden sie irreführenderweise Mare genannt, also „Meere“. Die meisten entstanden bei Einschlägen, als gewaltige Impaktoren riesige kilometertiefe Krater in die Mond-kruste rissen. Später füllten sich diese Einschlagsbecken mit dunkler Lava.

Die Daten von Lunar Reconnaissance Orbiter deuten darauf hin, dass der Imbrium-Einschlag auch Gestein ​​in das benachbarte Mare Serenitatis geschleudert hatte, das „Meer der Heiterkeit“. Dort waren die Astronauten von Apollo 17 gelandet. Konnte es sein, dass damals Proben eingesammelt wurden, die gar nicht vom Landeplatz stammten, sondern vielmehr zum Imbrium-Impakt gehörten?

2010 zeigte eine weitere Studie von Marc D. Norman von der Australian National University in Canberra und seinen Kollegen, dass auch Apollo-16-Gestein, das man ursprünglich dem „Nektarmeer“ (Mare Nectaris) zugeordnet hatte, chemisch und geologisch den Proben vom Mare Imbrium ähnelte. Hatten die Astronauten, obwohl teils Tausende Kilometer vom Mare Imbrium entfernt, immer wieder dessen Gestein aufgelesen? Dann wäre die ungefähre Gleichzeitigkeit der Entstehung der großen Becken vielleicht eine Täuschung. Und so wurde auch die Idee des Late Heavy Bombardement mehr und mehr fraglich.

Mittlerweile hat sich das Blatt gewendet, auch weil Hinweise auf Impakte deutlich älter als 3,9 Milliarden Jahre gefunden wurden. Mario Trieloff zufolge belegen dies neue, noch nicht veröffentlichte Untersuchungen einer Reihe von Mondmeteoriten. Aktuelle Analysen der Apollo-Proben weisen ebenfalls in diese Richtung: So kommt eine im Juni publizierte Analyse von Mineralkörnchen aus einer Apollo-17- Probe auf ein Alter von 4,2 Milliarden Jahren. Das Team um Ana ˘Cernok von der kanadischen University of Toronto vermutet, dass die Körnchen bei dem Einschlag entstanden, der das Mare Serenitatis formte.

Neues Probengestein könnte bei der Datierung mehr Sicherheit bringen. Die automatische Mondsonde Chang’e 5 aus China hat kürzlich den Anfang gemacht, als sie in einer vulkanischen Region im Oceanus Procellarum landete, dem „Ozean der Stürme“, und mehr als 1,7 Kilogramm an Material sicher zur Erde brachte – die Auswertungen liegen noch nicht vor. Weitere Sonden und sogar bemannte Flüge wurden von mehreren Nationen angekündigt (bild der wissenschaft 9/2019, „Der neue Wettlauf zum Mond“).

Die Entwicklung schreitet auch bei den Theoretikern voran. Ihre Computermodelle wurden seit den Tagen des Nizza-Modells deutlich überarbeitet. Neuere Überlegungen von Alessandro Morbidelli und David Nesvorný vom Southwest Research Institute im US-Bundesstaat Colorado gehen von ein bis zwei zusätzlichen neptunähnlichen Planeten aus, die in der wilden Frühzeit von Jupiter aus dem Sonnensystem katapultiert wurden. Und zur Instabilität der Umlaufbahnen der überlebenden vier Gasplaneten sei es bereits irgendwann in den ersten 100 Millionen Jahren nach der Entstehung des Sonnensystems gekommen, vermutet Morbidelli.

Nesvorný und seine Kollegen untermauern diese These mit Rechnungen, die sich auf Beobachtungen stützen. Dabei haben sich die Forscher den doppelten Planetoiden Patroclus-Menoetius vorgenommen: Die beiden rund 100 Kilometer großen eishaltigen Körper umkreisen einander in 670 Kilometer Distanz und bewegen sich auf einer Umlaufbahn um die Sonne, die stark von Jupiter beeinflusst ist.

Patroclus-Menoetius gelangte wohl während der Instabilität vom Rand des Sonnensystems nach innen und geriet unterwegs in den Gravitationseinfluss Jupiters, den er seither als Mitglied der Planetoidenfamilie der Trojaner begleitet. Nesvornýs Rechnungen zeigen: Wäre der Transfer erst spät in der Geschichte des Sonnensystems geschehen, dann hätten Kollisionen mit Planetesimalen den Doppel-Planetoid bereits zuvor getrennt. Da er aber wohlbehalten und doppelt bei Jupiter ankam, muss er die Gefahrenzone früh verlassen haben.

Ob eine so frühe Instabilität mit der späteren Impaktgeschichte von Erde und Mond überhaupt in Zusammenhang steht, ist äußerst fraglich. Mario Trieloff kann sich eher vorstellen, dass enge Vorbeiflüge von Nachbarsternen, die zusammen mit der Sonne in einem mittlerweile aufgelösten Sternhaufen geboren wurden (bild der wissenschaft 8/2021, „Die verschollenen Schwestern“), die Ursache waren: Nahe Sternpassagen bringen die Schwerkraftverhältnisse durcheinander.

Wurde die Erde sterilisiert?

Wann genau der kosmische Bombenhagel auf Mond und Erde einsetzte und ob er kurz und heftig war oder schwächer und länger andauerte – das könnte für die Entstehung des Lebens eine wichitge Rolle gespielt haben.

Wenn man – wie Timothy Swindle – die alten Vorstellungen des lunaren LHB auf die damalige Erde hochrechnet, so hätten in geologisch kurzer Zeit mehr als 17.000 große Impaktoren unseren Heimatplaneten getroffen. Die größten dieser Einschläge hätten enorme Mengen an glühendem Auswurfmaterial erzeugt. Verdampftes Silikat-Gestein vernebelte die Lufthülle, vermischt mit Wasserdampf aus den in der Impakthitze verdampfenden Ozeanen. Womöglich wurde die junge Erde sterilisiert. Die neue Vorstellung eines früheren und länger währenden Bombardements lässt das große Geheimnis von der Entstehung des Lebens ein bisschen weniger mysteriös erscheinen.