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Astronomie

Kosmischem Bombardement auf der Spur

In einer der Mondgestein-Proben sind die Metalleinschlüsse sichtbar erhalten, die von einstigen Asteroideneinschlägen stammen. (Bild: AG Kleine)

Lenkten Veränderungen der Bahnen der großen Gasplaneten vor etwa 3,9 Milliarden Jahren plötzlich Asteroiden auf Erde und Mond? Dieser Vermutung im Rahmen der Theorie vom „späten schweren Bombardement“ widerspricht nun erneut eine Studie: Durch Isotopenanalysen von Mondgesteinen fanden Wissenschaftler Hinweise darauf, dass der Beschuss des Mondes auf eher kontinuierliche Einschläge von Asteroiden zurückzuführen ist, die noch aus dem Baumaterial der inneren Gesteinsplaneten übriggeblieben sind. Möglicherweise wasserreiche Asteroiden aus dem äußeren Sonnensystem sind hingegen wohl schon früher auf das Erde-Mond-System gestürzt, vermuten die Forscher.

Die Planeten unseres Sonnensystems haben sich buchstäblich zusammengeballt: Das Material der lockeren Materiescheibe um die junge Sonne vereinigte sich im Verlauf der Entstehung des Planetensystems zu immer größeren Gebilden. Dieser Prozess der Akkretion setzte sich dann in der Form von Asteroideneinschlägen fort, die auf Planeten und ihre Monde niedergingen. Auch heute noch können bekanntlich kleinere und größere Himmelskörper auf die Erde fallen. Doch in der frühen Entwicklung des Erde-Mond-Systems war dies noch viel häufiger der Fall. Die irdischen Spuren dieses frühen Bombardements sind durch die geologische Aktivität unseres Planeten allerdings verschwunden. Doch auf dem Mond haben sich uralte Strukturen erhalten, die Wissenschaftlern Hinweise auf die Geschichte beider Himmelskörper liefern können.

Fragender Blick auf Einschlagsspuren

Untersuchungen von Mondgesteinen, die durch die Apollo-Missionen zur Erde gebracht wurden, haben dabei zur Entwicklung der Theorie des „Late Heavy Bombardments“ (LHB) geführt. Sie basiert auf Datierungsergebnissen bestimmter Einschlagsspuren in den Gesteinen, die auf eine spezielle Phase des kosmischen Bombardements hinzudeuten schienen: Der Mond – und somit auch die Erde – waren demnach vor etwa 3,9 Milliarden Jahren einem besonders intensiven kosmischen Bombenhagel ausgesetzt. Als eine mögliche Erklärung für diesen scheinbar intensiven Beschuss wurden Veränderungen im Planetensystem zu dieser Zeit angeführt: Durch Instabilitäten in den Umlaufbahnen der Gas- und Eisriesen könnte es zu einem plötzlichen starken Anstieg von Einschlägen von Asteroiden und Kometen aus dem äußeren Sonnensystem gekommen sein. Doch mittlerweile mehren sich Hinweise, die das Konzept des LHB in Frage stellen – inklusive der Erklärung einer planetaren Konstellationsveränderung als Ursache. Dazu tragen nun die Ergebnisse von Emily Worsham und Thorsten Kleine von der Universität Münster bei.

Die Ergebnisse basieren dabei auf der Untersuchung der bisher unklaren Herkunft der Asteroiden, die auf dem Mond einst eingeschlagen sind. Die Forscher führten dazu Isotopenanalysen an Mondgesteinen durch, die durch die Apollo-Missionen zur Erde gebracht wurden. Wie sie erklären, enthalten sie winzige Metallkügelchen, die bei den Asteroideneinschlägen vor 3,9 Milliarden Jahren entstanden sind. Im Fokus standen dabei Isotope der Elemente Ruthenium und Molybdän. Durch Vergleich mit den Isotopenmustern von Proben bekannter Herkunft lässt sich zuordnen, woher aus dem Sonnensystem Material stammt, erklären die Wissenschaftler.

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Kein Bombenhagel aus der Ferne

Das Gestein war demnach nicht durch die Merkmale von Einschlägen geprägt, die von Asteroiden aus dem äußeren Sonnensystem stammten: „Unsere Untersuchungen zeigen, dass das Bombardement des Mondes durch die gleichen Körper erfolgte, aus denen auch schon die Erde und der Mond entstanden sind“, berichtet Worsham. Dieses Ergebnis passt somit zu der Erklärung, wonach die Einschlagskrater auf dem Mond auf ein eher kontinuierliches Bombardement mit übriggebliebenen Asteroiden aus der Hauptphase der Erdentstehung zurückzuführen sind.

Offenbar kam es demnach nicht zu einem plötzlichen Anstieg der Einschlagsrate durch das Bombardement mit Körpern aus dem äußeren Sonnensystem. Aber was hat es dann mit der scheinbaren Häufung der Einschläge vor rund 3,9 Milliarden Jahren auf sich? Den Forschern zufolge bestätigen aktuellen Ergebnisse Vermutungen, wonach es diese intensive Phase gar nicht wirklich gegeben hat. „Es wurde schon früher vermutet, dass die bisher untersuchten Mondgesteine überwiegend aus Material von einem einzigen Einschlagsbecken bestehen – dem Mare Imbrium in der nördlichen Mitte der erdzugewandten Seite des Mondes“, erklärt Worsham.

Man geht zwar nach wie vor davon aus, dass sich die Umlaufbahnen der Gas- und Eisriesen irgendwann in der Frühgeschichte des Sonnensystems verändert haben und dabei viele Asteroiden aus dem äußeren Sonnensystem auf Kollisionskurs mit Erde und Mond gebracht haben. Doch die aktuellen Ergebnisse belegen nun, dass dies schon recht früh geschah: „Da wir in den Mondgesteinen keine Hinweise auf Einschläge von Asteroiden oder Kometen aus den äußeren Bereichen des Sonnensystems finden, scheint dieses Ereignis früher stattgefunden zu haben“, sagt Kleine.

Die Umlaufbahnen der Gas- und Eisriesen könnten sich demnach bereits während der Hauptbildungsphase der erdähnlichen Planeten verändert haben – das heißt in den ersten etwa 100 Millionen Jahren der Geschichte des Sonnensystems. Das stimmt wiederum gut mit neueren dynamischen Modellen zur Geschichte des Planetensystems überein, betonen die Wissenschaftler. „Unsere Studienergebnisse implizieren somit auch, dass die erdähnlichen Planeten schon relativ früh, während ihrer Entstehung, wasserreiche Körper aus dem äußeren Sonnensystem eingebaut haben und so die Bedingungen für die Entstehung von Leben geschaffen wurden“, sagt Kleine abschließend.

Quelle: Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Fachartikel: Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.abh2837

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