Wie kam die Erde zu ihrem Mond? Präsentation: Christoph Tscherne Die Kollisionstheorie (Illustration: Gemini Observatory)

Inhaltsverzeichnis Eine kurze Historie Der Mond Woher wir über den Mond wissen Die wichtigsten Theorien der Mondentstehung Im Detail: Die Kollisionstheorie Neue Erkenntnisse: Muss die Kollisionstheorie verworfen werden?

1. Eine kurze Historie Entstehung des Universums 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel 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) Planetesimal -> Protoplanet -> fertiger Planet Wichtiger Unterschied zw. Planetesimal und Protoplanet: Zweitere genügend Masse für hydrostatisches Glg. -> Kugelform

2. Der Mond Abstand zur Erde Durchmesser Masse Schwerkraft Temperatur 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel 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 Massen/Größen-Verhältnis Erde:Mond ist ungewöhnlich hoch im Vergleich zu anderen Planeten-Mond Systeme in unserem Sonnensystem –> Besonderheit, eher Doppel-Planet-System als Planet und Trabant (noch stärker ausgeprägt nur bei Pluto-Charon: Verhältnis der Durchmesser beträgt rund 1:2 und das der Massen etwa 1:6,6) Masse: Berechnung in Schule interessant weil Newton‘sches Grav.gesetz „Dunkle Seite“: natürlich falsche Begriff, Rückseite sogar heller, da weniger „maria“ (Einzahl: „mare“)

3. Woher wir über den Mond wissen 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel Erdgebundene Forschung Mittels Fernrohr Erforschung mittels Raumfahrzeugen Aufnahmen der „Rückseite“ Mondgestein Menschen auf dem Mond Aktuelle und zukünftige Mondmissionen

4. Die wichtigsten Theorien der Mondentstehung 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel Die Abspaltungstheorie Die Einfangtheorie Die Schwesterplanet-Theorie Die Öpik-Theorie Die Viele-Monde-Theorie Die Kollisionstheorie

Was muss eine Theorie liefern? 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel 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

4. i. Die Abspaltungstheorie 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel George Howard Darwin 1878 Abspaltung des Mondes aus der jungen, glut-flüssigen Erde aufgrund schneller Rotation (vgl. Tropfenmodell) Größe und Zusammensetzung des Mondes Hohe Rotationsgeschwindigkeit (Tageslänge auf der Erde: 2-3 Stunden) Bahnebene des Mondes gegen Äquatorebene der Erde geneigt

4. ii. Die Einfangtheorie Thomas Jefferson Jackson See 1909 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel Thomas Jefferson Jackson See 1909 Mond entstand nicht in Erdnähe, wurde aber bei einer Begegnung von der Erde eingefangen Drehimpuls des Systems Erde-Mond Dichteunterschied von Erde und Mond Einfang bedingt eine sehr spezielle Bahn -> Zufälligkeit Warum haben Erde und Mond eine ähnliche isotopische Zusammensetzung? Amerikanischer Astronom

4. iii. Die Schwesterplanet-Theorie 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel 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 Dichteunterschied Erde-Mond Neigung der Mondbahn Unterschied in leicht und schwer flüchtigen Elementen Deutscher Physiker

4. iv. Die Öpik-Theorie Ernst Öpik 1955 Heiße Erde dampft Materie ab 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel Ernst Öpik 1955 Heiße Erde dampft Materie ab Materie bildet gemeinsam mit Teilen des Ringsystems um Erde den Proto-Mond Chemische Zusammensetzung des Mondes Drehimpuls war ein Astronom deutsch-baltischer Abstammung Warum Drehimpuls Mond so hoch?

4. v. Die Viele-Monde-Theorie 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel Thomas Gold 1962 Einfang mehrerer kleinerer Objekte durch die Erde, welche kollidieren und den Mond bilden Wahrscheinlicher als Einfangtheorie Zusammensetzung des Mondes Warum sollte Erde ein Spezialfall sein? war US-amerikanischer Astrophysiker österreichischer Herkunft (geboren in Wien 1920)

4. vi. Die Kollisionstheorie 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel William K. Hartmann und Donald R. Davis 1975 Kollision der Proto-Erde mit etwa marsgroßen Protoplaneten (Theia) Aus freigesetzten Material bildete sich Proto-Mond

Im Detail: Die Kollisionstheorie 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel 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)

Neue Erkenntnisse: Muss die Kollisionstheorie verworfen werden? 1. Historie 2. Mond 3. Wissen 4. Entsteh-ung 5. Impact 6. Zweifel 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

Herzlichen Dank für eure Aufmerksamkeit!