Wie kam die Erde
zu ihrem Mond?
Präsentation:
Christoph Tscherne
Die Kollisionstheorie
(Illustration: Gemini
Observatory)
1
Inhaltsverzeichnis
1. Eine kurze Historie
2. Der Mond
3. Woher wir über den Mond wissen
4. Die wichtigsten Theorien der Mondentstehung
5. Im Detail: Die Kollisionstheorie
6. Neue Erkenntnisse: Muss die Kollisionstheorie verworfen
werden?
2
1. Eine kurze Historie
1.
Historie
• 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)
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
• Vgl. Kollisionstheorie
• Archaikum (vor 3,8-2,5 Mrd. Jahren)
• Proterozoikum (vor 2,5 Mrd. Jahren bis vor ca. 500 Mil. Jahren)
3
2. Der Mond
1.
Historie
• Abstand zur Erde
• ca. 380000km
3.
Wissen
• Durchmesser
• ca. 3476km (rund 1/4 der Erde)
• Masse
• ca. 7,349 ·
1022
2.
Mond
kg (rund 1/81 der Erde (!) )
• Schwerkraft
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
• Fallbeschleunigung von ca. 1,6m/s²
• Temperatur
• -160°C bis +130°C
• „Dunkle Seite“ des Mondes
• Sein Einfluss auf unser Leben
4
3. Woher wir über den Mond
wissen
• Erdgebundene Forschung
• Mittels Fernrohr
• Erforschung mittels Raumfahrzeugen
• Aufnahmen der „Rückseite“
• Mondgestein
• Menschen auf dem Mond
1.
Historie
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
• Aktuelle und zukünftige Mondmissionen
5
4. Die wichtigsten Theorien der
Mondentstehung
i.
ii.
Die Abspaltungstheorie
2.
Mond
Die Einfangtheorie
3.
Wissen
iii. Die Schwesterplanet-Theorie
iv. Die Öpik-Theorie
v.
1.
Historie
Die Viele-Monde-Theorie
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
vi. Die Kollisionstheorie
6
Was muss eine Theorie liefern?
1.
Historie
• 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
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
• Anteil an schnell kondensierenden Elementen höher
• z.B.: Aluminium, Uran
• Isotopische Zusammensetzung der Gesteine annähernd ident
• Drehimpuls des Systems Erde-Mond ist sehr hoch
7
4. i. Die Abspaltungstheorie
1.
Historie
• George Howard Darwin 1878
• Abspaltung des Mondes aus der jungen, glut-flüssigen Erde
aufgrund schneller Rotation (vgl. Tropfenmodell)
Größe und Zusammensetzung des Mondes
Χ Hohe Rotationsgeschwindigkeit (Tageslänge auf der Erde: 2-3
Stunden)
Χ Bahnebene des Mondes gegen Äquatorebene der Erde
geneigt
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
8
4. ii. Die Einfangtheorie
1.
Historie
• 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
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
Χ Einfang bedingt eine sehr spezielle Bahn -> Zufälligkeit
Χ Warum haben Erde und Mond eine ähnliche isotopische
Zusammensetzung?
9
4. iii. Die Schwesterplanet-Theorie
1.
Historie
• 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
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
Χ Dichteunterschied Erde-Mond
Χ Neigung der Mondbahn
Χ Unterschied in leicht und schwer flüchtigen Elementen
10
4. iv. Die Öpik-Theorie
1.
Historie
• Ernst Öpik 1955
• Heiße Erde dampft Materie ab
• Materie bildet gemeinsam mit Teilen des Ringsystems um
Erde den Proto-Mond
Chemische Zusammensetzung des Mondes
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
Χ Drehimpuls
11
4. v. Die Viele-Monde-Theorie
1.
Historie
• Thomas Gold 1962
• Einfang mehrerer kleinerer Objekte durch die Erde, welche
kollidieren und den Mond bilden
Wahrscheinlicher als Einfangtheorie
Χ Zusammensetzung des Mondes
Χ Warum sollte Erde ein Spezialfall sein?
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
12
4. vi. Die Kollisionstheorie
1.
Historie
• William K. Hartmann und Donald R. Davis 1975
• Kollision der Proto-Erde mit etwa marsgroßen Protoplaneten
(Theia)
• Aus freigesetzten Material bildete sich Proto-Mond
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
13
Im Detail: Die Kollisionstheorie
1.
Historie
• 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
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
• Kollision
• Marsgroßer Protoplanet
• Winkel 45° (streifender Einschlag)
• Relativgeschwindigkeit < 4km/s (14.400 km/h)
14
Neue Erkenntnisse:
Muss die Kollisionstheorie verworfen werden?
1.
Historie
• Bisherige Simulationen: Etwa
40% des Mondmaterials
stammen von Theia
• Untersuchung des
Mondgesteins der ApolloMissionen zeigt:
Erde und Mond sind sich zu
ähnlich!
Keine sinnvolle Erklärung warum
Titanisotope Erde und Mond
einander derart gleichen
2.
Mond
3.
Wissen
4.
Entstehung
5.
Impact
6.
Zweifel
15
Herzlichen Dank für
eure Aufmerksamkeit!
16

Wie_kam_die_Erde_zu_ihrem_Mond