Der marsgroße Himmelskörper, der mit der Ur-Erde zusammenstieß, stammt vermutlich aus dem inneren Sonnensystem
In der Frühzeit des Sonnensystems vor 4,5 Milliarden Jahren stieß der marsgroßer Himmelskörper Theia mit der Ur-Erde zusammen. Die Katastrophe veränderte unseren Planeten – und aus den Trümmern des Zusammenpralls entstand der Mond. Woher aber kam Theia? Auf diese Frage hat ein internationales Forschungsteam unter Federführung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung MPS jetzt eine Antwort gefunden. Theia sei vermutlich näher an der Sonne entstanden als die Erde, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.
„Die Zusammensetzung eines Himmelskörpers speichert seine gesamte Entstehungsgeschichte, einschließlich seines Ursprungsortes“, erläutert Thorsten Kleine vom MPS. Doch es gibt ein Problem: Theia wurde bei der Kollision völlig zerstört. Zwar blieb seine Materie erhalten – zum Teil im Erdmantel, zum Teil im Mond. Doch sie ist in beiden Fällen mit der ursprünglichen Materie der Erde vermischt. Kleine und seine Kollegen ist nun gelungen, mithilfe hochpräziser Isotopenanalysen von Gesteinsproben aus dem Erdmantel, Bodenproben von Mond sowie Meteoriten-Gestein dem Ursprung von Theia auf die Spur zu kommen.
Als Isotope bezeichnen Physiker Varianten eines chemischen Elements, die sich in der Anzahl der Neutronen in ihrem Atomkern – und damit in ihrem Gewicht – unterscheiden. Eisen-Isotope, so zeigt die Analyse des Teams liegen auf Mond und Erde in gleichen Verhältnissen vor. Und zwar in Verhältnissen, die mit jenen in Meteoriten aus dem Inneren Sonnensystem übereinstimmen.
Da Eisen aber bereits in der jungen Erde in den Kern des Planeten abgesunken ist, stammt das heute im Erdmantel gefundene Eisen vermutlich von Theia – und damit müsste dieser Himmelskörper wie die Erde im inneren Sonnensystem entstanden sein. Aber wo dort? Das Team hat zur Beantwortung dieser Frage weitere Elemente in die Analyse einbezogen, insbesondere Molybdän und Zirkonium. Mit Modellrechnungen die Wissenschaftler dann, welche Zusammensetzungen von Theia und der frühen Erde zu den heutigen Isotopenverhältnissen geführt haben könnten.
Wie sich zeigte, muss Theia im Gegensatz zur Ur-Erde auch Material enthalten haben, das ungewöhnlich viel schwere Elemente wie Zirkonium enthielt. Da Meteoriten umso mehr dieser Elemente enthalten, je näher an der Sonne sie sich gebildet haben, liefert dies einen entscheidenden Hinweis auf den Ursprung von Theia. „Unsere Berechnungen deuten darauf hin“, so schließen die Forscher, „dass Theia näher an der Sonne entstanden ist als die Erde.“
Bildquelle: MPS/Mark A. Garlick
