Sonnensystem: Mond wohl 40 Millionen Jahre älter als gedacht
Das genaue Alter des Mondes ist ein Rätsel der astronomischen Fachwelt. Vor mehr als vier Milliarden Jahren, als das Sonnensystem noch jung war und die Erde noch wuchs, soll laut der Kollisionstheorie ein riesiges Objekt – der Protoplanet Theia – von der Größe des Mars auf die Erde gestürzt sein. Ein großes Stück von der Erde brach ab und dessen Trümmerteile formten den Mond.
1972 brachten die Apollo-Astronauten der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa eine Staubprobe mit enthaltenen Kristallen vom Mond mit zur Erde. Ein Forschungsteam hat die Kristalle nun untersucht, um den Zeitpunkt der Mondentstehung zu bestimmen. Der Mond scheint somit 40 Millionen Jahre älter zu sein, als bisher angenommen wurde. Er soll vor mindestens 4,46 Milliarden Jahren entstanden sein.
"Diese Kristalle sind die ältesten bekannten Festkörper, die sich nach dem Rieseneinschlag gebildet haben. Und weil wir wissen, wie alt diese Kristalle sind, dienen sie als Anker für die Mondchronologie" , erklärt Philipp Heck in einer Pressemitteilung(öffnet im neuen Fenster) . Er ist der Mitautor der im Fachmagazin Geochemical Perspectives Letters erschienenen Studie(öffnet im neuen Fenster) .
Als das marsgroße Objekt die Erde traf und den Mond formte, schmolz die Energie des Einschlags das Gestein. Daraus entstand schließlich die Mondoberfläche. "Wenn die Oberfläche so geschmolzen war, konnten sich keine Zirkonkristalle bilden und überleben. Die Kristalle auf der Mondoberfläche müssen sich also gebildet haben, nachdem der Magmaozean abgekühlt war" , erörtert Heck. "Andernfalls wären sie geschmolzen und ihre chemischen Signaturen würden ausgelöscht werden."
Das Verfahren zur Altersbestimmung
Eine frühere Studie von Co-Autor Bidong Zhang hat dieses Alter bereits angedeutet. Doch mit der Atomsonden-Tomografie konnte das Alter der Kristalle genau datiert werden. Dabei wird zunächst ein Stück der Mondprobe mit einem fokussierten Ionenstrahl-Mikroskop zu einer sehr scharfen Spitze angespitzt, erklärt die Erstautorin Jennika Greer. Dieses erinnert an einen "sehr ausgefallenen Bleistiftanspitzer" .
Anschließend wird ein UV-Laser verwendet, um Atome von der Oberfläche dieser Spitze zu verdampfen. "Die Atome durchlaufen ein Massenspektrometer und die Geschwindigkeit, mit der sie sich bewegen, gibt Aufschluss darüber, wie schwer sie sind, was wiederum Aufschluss darüber gibt, woraus sie bestehen" , sagt Greer.
Das Mondalter und die Sanduhr
Diese Atom-für-Atom-Analyse zeigte, wie viele der Atome in den Zirkonkristallen einen radioaktiven Zerfall durchlaufen hatten. Wenn ein Atom eine instabile Konfiguration von Protonen und Neutronen in seinem Kern hat, zerfällt es. Dabei wirft es einige dieser Protonen und Neutronen ab, die sich dann in andere Elemente verwandeln. Uran zum Beispiel zerfällt in Blei. Das Alter kann man feststellen, weil die Dauer dieses Prozesses bekannt ist.
"Die radiometrische Datierung funktioniert ein wenig wie eine Sanduhr" , sagt Heck. "In einer Sanduhr fließt der Sand von einem Glaskolben zum anderen, wobei der Ablauf der Zeit durch die Ansammlung von Sand im unteren Kolben angezeigt wird. Die radiometrische Datierung funktioniert ähnlich, indem die Anzahl der Mutteratome und der Tochteratome gezählt wird, in die sie sich umgewandelt haben."
Der Mond ist mindestens 4,46 Milliarden Jahre alt
Der Anteil der Blei-Isotope deutet auf ein Alter der Mondprobe von etwa 4,46 Milliarden Jahren hin. Unser Begleiter muss somit mindestens genauso alt sein – wenn nicht sogar älter. "Der Mond ist ein wichtiger Partner in unserem Planetensystem – er stabilisiert die Rotationsachse der Erde, er ist der Grund dafür, dass der Tag 24 Stunden hat, er ist der Grund dafür, dass wir Gezeiten haben. Ohne den Mond würde das Leben auf der Erde anders aussehen" , erklärt Heck.
Deswegen ist es für die Fachwelt wichtig, das Alter des Mondes zu erforschen. Das Alter unseres Trabanten könnte auch mehr über das genaue Alter unserer Erde verraten. Dies ist nicht das erste Mal, dass das Alter des Mondes neu datiert wurde.
Bereits 2019 hatte ein Forschungsteam(öffnet im neuen Fenster) die chemische Zusammensetzung von Mondgestein analysiert, indem der Zerfall der radioaktiven Isotope Hadnium-182 zu Wolfram-182 gemessen wurde. Das damalige Forschungsteam kam auf ein Alter von etwa 4,51 Milliarden Jahren. Wenn das stimmt, ist er kurz nach der Entstehung des Sonnensystems (vor 4,56 Milliarden Jahren) entstanden.
Die Geschichte unseres Begleiters und der Erde kann Aufschluss über die Entstehung von Leben geben. Diese Erkenntnisse können auf andere Welten angewandt werden, um die bestmöglichen Kandidaten für mögliches Leben im Universum auszusieben. Das Interesse in der Fachwelt um die Datierung der Geburt unseres Mondes ist somit groß.
Zu den Studien
Die Studie wurde am 23. Oktober 2023 in der Fachzeitschrift Geochemical Perspectives Letters veröffentlicht: 4.46 Ga zircons anchor chronology of lunar magma ocean(öffnet im neuen Fenster) (4,46-Ga-Zirkone verankern die Chronologie des Magmaozeans auf dem Mond).
Die ältere Studie wurde am 29. Juli 2019 im Fachmagazin Nature Geoscience veröffentlicht: Early Moon formation inferred from hafnium-tungsten systematics(öffnet im neuen Fenster) (Frühe Mondentstehung aus Hafnium-Wolfram-Systematik abgeleitet).
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