Nachbarplanet kollidierte vor 4,5 Milliarden Jahren mit der Erde

Vor 4,5 Milliarden Jahren prallte der junge Planet Erde mit einem etwa marsgroßen Himmelskörper zusammen. Aus den Trümmern dieser Kollision bildete sich der Mond. Wie Theia aussah und wo der Himmelskörper entstanden ist, war bisher unklar. Ein internationales Team hat nun die chemischen Spuren dieser Urkollision in Gesteinen neu ausgewertet und kommt zu dem Schluss: Erde und Theia sind aus sehr ähnlichem Material entstanden und waren wohl direkte Nachbarn.

Spurensuche in Mondgestein

Wie phys.org berichtete untersuchten die Forschenden für die Studie 15 Gesteine von der Erde und sechs Proben vom Mond, die Apollo Astronauten mitgebracht hatten. Entscheidend waren die sogenannten Isotope von Metallen wie Eisen, Chrom, Molybdän und Zirkonium. Isotope sind verschiedene Varianten eines Elements, die sich nur in der Zahl der Neutronen unterscheiden und damit minimal unterschiedlich schwer sind.

Da sich diese Isotope im jungen Sonnensystem nicht gleichmäßig verteilten, verrät ihr Verhältnis, ob ein Planet eher nahe an der Sonne oder weiter außen entstand. Die Messungen zeigen, dass sich Erde und Mond in ihren Eisenisotopen praktisch nicht unterscheiden. Das bestätigt, dass beide aus eng verwandtem Ausgangsmaterial hervorgingen.

Besonders aufschlussreich ist der Blick ins Erdinnere. Der größte Teil des Eisens sank schon früh in den Erdkern. Eisen im Erdmantel muss daher später hinzugekommen sein, etwa durch Einschläge wie die Kollision mit Theia. So lassen sich Gesteine, die wir heute an der Oberfläche finden, als Mischung aus ursprünglicher Erde und Material von Theia verstehen.

Theia kam aus dem inneren Sonnensystem

Die Forschenden spielten am Computer zahlreiche Kombinationen durch: Wie groß war Theia, wie war die frühe Erde zusammengesetzt und welche Mischung könnte die heutigen Isotopenwerte erklären. Zusätzlich verglichen sie das Ergebnis mit Meteoriten, die als Proben aus verschiedenen Regionen des frühen Sonnensystems gelten.

Dabei zeigte sich: Die wahrscheinlichste Lösung ist eine, in der Erde und Theia beide im inneren Sonnensystem entstanden sind, noch näher an der Sonne als die heutige Erdbahn. „Am überzeugendsten ist das Szenario, in dem die meisten Bausteine von Erde und Theia aus der inneren Region stammen“, erklärt der Co-Autor der Studie Timo Hopp vom Max Planck Institut. In diesem Bild waren beide Protoplaneten Nachbarn, bevor ihre Bahnen sich kreuzten.

Die Isotopenmuster, die dem Anteil von Theia zugeschrieben werden, lassen sich nicht vollständig durch bekannte Meteoritenarten erklären. Das deutet darauf hin, dass bei der Bildung von Theia auch Material beteiligt war, das wir heute nur noch indirekt über diese Signatur kennen.

Neue Puzzleteile für die Mondentstehung

Die Arbeit beantwortet zwar nicht alle Fragen zur Mondentstehung, grenzt mögliche Szenarien aber deutlich ein. So bleibt offen, wie genau sich das Material von Erde und Theia bei der Kollision vermischte und wie schnell sich aus der Trümmerwolke der Mond formte. Klarer ist nun jedoch, aus welcher Region des Sonnensystems der einschlagende Körper stammte.

Die Ergebnisse stützen Modelle, nach denen die inneren Planeten aus einer gemeinsamen Zone mit ähnlicher Zusammensetzung hervorgingen. Damit wird auch verständlicher, warum sich Erde und Mond chemisch so stark ähneln. Für die Erforschung der frühen Erdgeschichte ist das wichtig: Ein Teil des Eisens im Erdmantel und anderer Metalle könnte direkt auf Theia zurückgehen und damit auf einen Nachbarn, der heute nicht mehr existiert.

Für künftige Missionen zum Mond liefern die Daten zudem klare Ziele: Präzisere Messungen weiterer Elemente könnten helfen, die Rolle von Theia noch genauer zu bestimmen. Jede neue Probe vom Mond ist damit auch ein Blick auf einen verlorenen Planeten, der einst Tür an Tür mit der jungen Erde kreiste.