Am 21. Juli 1969 landeten Menschen erstmals auf dem Mond. Bei dieser und fünf weiteren Apollo-Missionen wurde Material mit einem Gesamtgewicht von 382 Kilogramm eingesammelt und zur Erde zurück gebracht. Aus diesen Proben können Forscher auch 50 Jahre später noch neue Erkenntnisse über Schlüsselereignisse im frühen Sonnensystem und über die Entwicklung des Erd-Mond-Systems gewinnen.
Die Entstehung des Mondes war das letzte große planetare Ereignis nach der Geburt der Erde. Eine genaue Bestimmung des Alters des Mondes lässt daher auch Rückschlüsse darüber zu, wie und wann die Erde entstanden ist und wie sie sich zu Beginn des Sonnensystems entwickelte. Bisher wurde unser Trabant auf deutlich jünger als 4,5 Milliarden Jahre geschätzt. Doch eine aktuelle Untersuchung kommt zu einem anderen Schluss: Forscher unter Federführung von Geowissenschaftern der Universität zu Köln hat das Alter des Mondes nun auf rund 4,51 Milliarden Jahre eingegrenzt. Damit ist er wesentlich älter als bisher angenommen.
Simulierter Mond
Die Wissenschafter haben in ihrer Studie die chemischen Signaturen unterschiedlicher Arten von Mondgestein untersucht, die während der verschiedenen Apollo-Missionen gesammelt wurden. "Ein Vergleich der relativen Mengen einzelner seltener Elemente im Gestein zeigt, wie die einzelnen Proben mit dem Mondinneren und der Verfestigung des einst flüssigen Magmaozeans auf seiner Oberfläche zusammenhängen", sagt Raúl Fonseca von der Universität zu Köln. Zusammen mit seinem Kollegen Felipe Leitzke simuliert er in Laborexperimenten Prozesse, die im Innern des Mondes ablaufen.
Nach der heute gültigen Theorie entstand der Mond infolge einer gigantischen Kollision zwischen einem Himmelskörper namens Theia von der Größe des Mars und der frühen Erde. Im Laufe der Zeit wuchs der Mond aus dem Material, das nach der Kollision in die Erdumlaufbahn geschleudert wurde. Der frühe Mond war von einem flüssigen Magmaozean bedeckt, der beim Abkühlen verschiedene Arten von Gesteinen bildete. "In diesen Gesteinen, die man heute noch auf der Mondoberfläche finden kann, sind Informationen über die Entstehung des Mondes archiviert", sagt Maxwell Thiemens, Erstautor der Studie, der bis vor Kurzem noch an der Universität zu Köln geforscht hat.
Bisher unerreichten Messgenauigkeit
Die Wissenschafter zeigten im Fachjournal "Nature Geoscience" anhand der Beziehung zwischen den seltenen Elementen Hafnium, Uran und Wolfram, wie das Basaltgestein der Mare (schwarze Tiefebenen auf der Mondoberfläche) durch Schmelzprozesse entstanden ist. Dank einer bisher unerreichten Messgenauigkeit stellten die Geowissenschafter fest, dass diese Elemente in den verschiedenen Gesteinseinheiten in unterschiedlichen Verhältnissen auftreten. Damit können sie das Verhalten dieser seltenen Elemente bei der Entstehung des Mondes genauer charakterisieren.
Durch die Untersuchung von Hafnium und Wolfram auf dem Mond können Geologen eine radioaktive Uhr anwenden, bei der das strahlende Isotop Hafnium-182 zu Wolfram-182 zerfallen ist. Dieser radioaktive Zerfall war nach den ersten 70 Millionen Jahren des Sonnensystems komplett abgeschlossen. Eine Kombination dieser Daten mit den Informationen aus Laborexperimenten zeigt nun, dass der Mond bereits 50 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems begonnen hat, sich zu verfestigen.
Umstrittene Frage
"Diese Altersbestimmung zeigt, dass das große Kollisionsereignis vor dieser Zeit stattgefunden haben muss und beantwortet die in der Wissenschaft sehr umstrittene Frage nach dem genauen Zeitpunkt der Entstehung des Mondes", sagt Carsten Münker vom Institut für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln, Seniorautor der Studie.
"Die ersten Schritte der Menschheit auf einem anderen Himmelskörper vor 50 Jahren lieferten Proben, die uns den Zeitpunkt und die Entwicklung des Mondes sowie den Ursprung der Erde verstehen lassen", sagt Thiemens. "Da die Entstehung des Mondes das letzte planetarische Ereignis nach der Entstehung der Erde war, können wir anhand des Alters des Mondes auch das Mindestalter der Erde bestimmen." (red, 30.7.2019)