Kontinuierliche Einschläge von Asteroiden auf den jungen Mond

Einschläge von Asteroiden haben zahl­reiche Krater auf der Mond­ober­fläche hinter­lassen. Alters­bestim­mungen an Mond­ge­steinen deuten darauf hin, dass die meisten dieser Einschläge vor etwa 3,9 Milliarden Jahren, also etwa 500 Millionen Jahren nach Entstehung des Erd­trabanten, statt­ge­funden haben. Diese Beob­ach­tungen haben zur Theorie des „späten großen Bombarde­ments“ geführt – der Begriff „spät“ bezeichnet hier eine längere Zeitspanne nach Bildung des Mondes.

Aber was war der Ursprung dieses späten Bombarde­ments und woher kamen die Asteroiden, die auf dem Mond einge­schlagen sind? Wissen­schaftler diskutieren zwei Möglich­keiten. So könnten diese Körper das übrig­ge­bliebene Material aus der Hauptphase der Erd­ent­stehung darstellen, die mit kontinu­ier­lich abnehmender Häufig­keit auf dem Mond einge­schlagen sind. Eine andere Hypothese besagt, dass es vor etwa 3,9 Milliarden Jahren durch Instabi­li­täten in den Umlauf­bahnen der Gas- und Eisriesen zu einem plötzlichen starken Anstieg von Einschlägen von Asteroiden und Kometen aus dem äußeren Sonnen­system gekommen ist.

Die Planetenforscher der Uni Münster prüften diese Hypothesen nun mit sehr genauen Isotopen­messungen an Mond­ge­steinen. Ihr Fazit: Es gab keine plötz­liche Erhöhung der Einschlags­rate. Das Bombarde­ment des Mondes geht demnach auf kontinu­ier­liche Einschläge von Asteroiden zurück, die aus der Hauptphase der Erd­ent­stehung übrig­geblieben sind.

Das Team untersuchte Mond­ge­steine, die während des Bombarde­ments vor 3,9 Milliarden Jahren entstanden sind. Diese Gesteine enthalten winzige Metall­kügelchen, die von den einge­schlagenen Asteroiden stammen. Durch die Unter­suchung der Isotopen-Zusammen­setzung dieser Metall­kügelchen können die Forscher daher bestimmen, woher aus dem Sonnen­system diese Asteroiden stammen. Dabei zeigen vor allem die Elemente Ruthenium und Molybdän systema­tische Verände­rungen in ihrer Isotopen­zusamme­nsetzung, abhängig vom Bildungsort im Sonnen­system. „Unsere Unter­suchungen zeigen, dass das Bombarde­ment des Mondes durch die gleichen Körper erfolgte, aus denen auch schon die Erde und der Mond entstanden sind“, erklärt Emily Worsham.

Die Einschlagskrater auf dem Mond gehen daher auf ein kontinu­ier­liches Bombarde­ment mit übrig­ge­bliebenen Asteroiden aus der Hauptphase der Erd­ent­stehung zurück. Damit können die Wissen­schaftler auch einen plötz­lichen Anstieg der Einschlags­rate durch das Bombarde­ment mit Körpern aus dem äußeren Sonnen­system ausschließen. Aber woher kommt dann die Häufung der Alter von 3,9 Milliarden Jahren? „Es wurde schon früher vermutet, dass die bisher unter­suchten Mond­ge­steine über­wiegend aus Material von einem einzigen Einschlags­becken bestehen – dem Mare Imbrium in der nörd­lichen Mitte der erdzu­ge­wandten Seite des Mondes“, erklärt Emily Worsham von der Uni Münster.

Aus theoretischen Berechnungen ist bekannt, dass sich die Umlauf­bahnen der Gas- und Eisriesen irgend­wann in der Früh­ge­schichte des Sonnen­systems verändert haben und dabei eine Vielzahl an Körpern aus dem äußeren Sonnen­system nach innen gestreut wurden, die unter anderem mit der Erde und dem Mond kolli­dierten. „Dieses Ereignis muss früher als bisher angenommen statt­ge­funden haben, da wir in den Mond­ge­steinen keine Hinweise auf Einschläge von Asteroiden oder Kometen aus den äußeren Bereichen des Sonnen­systems finden“, erläutert Thorsten Kleine von der Uni Münster.

Die Umlaufbahnen der Gas- und Eisriesen haben sich daher vermutlich während der Haupt­bildungs­phase der erdähn­lichen Planeten verändert – das heißt in den ersten etwa 100 Millionen Jahren des Sonnen­systems. Das stimmt wiederum gut mit neueren dynamischen Modellen überein. „Unsere Studie zeigt somit auch, dass die erdähn­lichen Planeten schon relativ früh, während ihrer Entstehung, wasser­reiche Körper aus dem äußeren Sonnen­system einge­baut haben und so die Bedingungen für die Entstehung von Leben geschaffen wurden“, so Kleine.

WWU / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  E. A. Worsham & T. Kleine: Late accretionary history of Earth and Moon preserved in lunar impactites, Sci. Adv. 7, eabh2837 (2021); DOI: 10.1126/sciadv.abh2837
• Kosmochemie und Isotopengeochemie (T. Kleine), Institut für Planetologie, Westfälische Wilhelms-Universität Münster

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