[ziesell]

Sonnensystem: Unser Mond soll sich von innen nach außen gedreht haben

Die genauen Abläufe über die Entstehung unseres Mondes sind unbekannt. Ein neues Modell könnte sie erklären.



Eine Forschungsgruppe des Mond- und Planeten-Laboratoriums LPL (Lunar and Planetary Laboratory) der Universität von Arizona hat die Entstehungsgeschichte unseres Mondes mit Simulationen und vorhandenen Daten einer Schwerkraft-Mission der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa untersucht.

Die Fachwelt geht davon aus, dass unser stellarer Begleiter vor etwa 4,5 Milliarden Jahren aus der Kollision zwischen dem Protoplanet Theia und der jungen Erde entstand. Dieser Zusammenstoß schleuderte geschmolzenes Gestein ins All, dessen Trümmer allmählich miteinander verschmolzen, abkühlten und sich verfestigten.

Überraschenderweise enthält das durch die Apollo-Missionen mitgebrachte Mondgestein eine hohe Konzentration von Titan. Spätere Satellitenbeobachtungen ergaben, dass sich diese titanhaltigen Vulkangesteine überwiegend auf der erdzugewandten Seite befinden.

Von innen nach außen entwickelt

Da der Mond schnell und heiß entstand, war er wahrscheinlich von einem globalen Magmaozean bedeckt. Als das geschmolzene Gestein abkühlte und sich verfestigte, bildete es den Mondmantel und die helle Kruste. Laut dem Forschungsteam kristallisierten die letzten Reste des Magmaozeans vermutlich zu dichten Mineralien wie Ilmenit (ein titan- und eisenhaltiges Mineral) aus.

"Da diese schweren Mineralien dichter sind als der darunter liegende Mantel, entsteht eine Gravitationsinstabilität", erklärt der Forschungsleiter Weigang Liang in einer Pressemitteilung. Dieses dichte Material müsste eigentlich noch viel tiefer im Mondinneren liegen. Doch irgendwie vermischte sich das Material mit dem im Mantel, schmolz gemeinsam und kehrte als titanreicher Lavastrom an die Oberfläche zurück.

Die Kombination von Daten der Grail-Mission und Simulationen

"Unser Mond hat sich buchstäblich von innen nach außen gedreht", schlussfolgert der Mitautor Jeff Andrews-Hanna. Das Team verglich eine Reihe von realen linearen Schwerkraftanomalien mit Simulationen einer sinkenden ilmenitreichen Schicht. Die winzigen Schwankungen in der Mondanziehungskraft wurden durch die beiden Breit-Raumsonden Gravity Recovery und Interior Laboratory der Nasa in den Jahren 2011 und 2012 entdeckt.

Diese linearen Anomalien umgeben eine große dunkle Region der Mondnähe, die von vulkanischen Strömen bedeckt ist, die Mare (lat. Meer). Laut Liang wanderten die Ilmenit-Materialien "zur nahen Seite und sanken in blattartigen Kaskaden ins Innere, wobei sie einen Rest zurückließen, der Anomalien im Schwerefeld des Mondes verursacht". Die gemessenen Schwerkraftsignaturen stimmten mit den Simulationen der Ilmenitschicht überein.

Vermutlicher zeitlicher Ablauf

Die linearen Schwerkraftanomalien werden von den größten und ältesten Einschlagbecken auf der nahen Seite unterbrochen, erklärte das Team. Deswegen müsse sich die ilmenitreiche Schicht bereits vor 4,22 Milliarden Jahren gebildet haben. Das sei auch mit dem späteren Vulkanismus auf der Mondoberfläche vereinbar.

"Es stellt sich heraus, dass die früheste Geschichte des Mondes unter der Oberfläche geschrieben wurde, und es brauchte nur die richtige Kombination von Modellen und Daten, um diese Geschichte zu enthüllen", erörtert Andrews-Hanna. Durch zukünftige Mondmissionen und die Entstehung eines seismografischen Netzwerks könnte laut Mitautor Adrien Broquet (vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Berlin) die Geometrie dieser Strukturen besser verstanden werden.

Zur Studie

Die Forschungsergebnisse wurden am 8. April 2024 in der Fachzeitschrift Nature Geoscience publiziert: Vestiges of a lunar ilmenite layer following mantle overturn revealed by gravity data (Schwerkraftdaten zeigen Spuren einer Ilmenitschicht auf dem Mond nach einer Umwälzung des Erdmantels).

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