Neue Erklärung für den eigenartigen Orbit des Mondes

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Bisherige Versuche, den Orbit des Mondes zu erklären, führten nicht zum Ziel, das Erde-Mond-System zu verstehen. Nun schlägt ein Paper, das am Montag in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, ein neues Model vor. Dieses Model erklärt viele der bisher nicht zusammen passenden Puzzlestücke.

Unser nächster Nachbar, der Mond, wirft immer noch viele Fragen auf. Sein Orbit liegt ungewöhnlich weit weg von der Erde und weist eine große Abweichung zur Orbitalebene auf. Bisher scheitern Forscher immer wieder daran, die ungewöhnlichen Zusammenhänge, von der Entstehung des Mondes bis heute, mit einem plausiblen Modell zu erklären.

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Der Mond, unser treuer Begleiter, hält noch immer viele ungelöste Rätsel für die Wissenschaft bereit. Bildquelle: NASA

Das Paper „Tidal Evolution of the Moon from a High-Obliquity High-Angular-Momentum Earth“, das in der online Edition der Nature publiziert wurde, stellt ein neues Modell vor, das die Gegebenheiten besser erklären kann, als jedes andere Modell zuvor.

Basierend auf numerischen Modellen der explosiven Entstehung des Mondes und Entwicklung des Erde-Mond-Systems, schlägt die Forschergruppe um Matija Ćuk vor, dass der Impakt, der den Mond geformt hat (die bisher plausibelste Theorie), außerdem enormen Einfluss auf die Rotation der Erde und die Schräglage ihrer Drehachse hatte.

Die Forscher vermuten, dass sich die Erde durch den Impakt viel schneller drehte und auch eine steilere Drehachse aufwies, als sie es heute tut. Durch komplexe Interaktionen der Erde mit dem Mond und der Sonne sind diese extremen Störungen wieder abgeklungen und resultieren in dem Erde-Mond-System, das wir heute kennen. In diesem vorgeschlagenen Szenario sind die Unstimmigkeiten des Mond-Orbits also noch Überbleibsel aus der explosiven Vergangenheit.

Das Standard-Modell geht von 23,5° Abweichung der Erdachse aus, der Mond bewegte sich langsam von der Erde weg in die Ekliptik. Das neue Modell mit einer Abweichung von 75° von der Erdachse hat eine aprupte Änderung des Mondorbits zur Folge. In diesem Modell oszilliert der Mond zunächst um die Ekliptik und würde heute die 5° Abweichung erreichen, die beobachtet wurde. Bild: Douglas Hamilton

Der Mond ist höchstwahrscheinlich bei einem heftigen Impakt entstanden, bei dem riesige Mengen an Material abgesprengt wurden. Dieses sammelte sich zunächst ringförmig um die Erde und formte sich dann zum Mond, ähnlich wie auch Planeten entstehen.

„Aber dieses Szenario funktioniert nicht richtig, wenn die Drehachse der Erde damals auch um 23,5° gekippt war, wie sie es heute ist „, sagt Douglas Hamilton, Professor der Astronomie an der Universität Maryland und Co-Autor des Artikels.

Physikalischer Gesetze zu Folge sollte der Ring und damit auch der Mond nach der Entstehung in der Äquatorialebene der Erde liegen. Durch Gezeitenkräfte wanderte der Mond immer weiter weg von der Erde und sollte von der Äquatorialebene zur Ekliptikebene der Erde, also die Ebene des Erd-Orbits um die Sonne, gewandert sein. Allerdings hält sich der Mond da nicht dran und liegt 5° entfernt von dieser Ebene.

„Diese große Abweichung ist sehr ungewöhnlich. Bisher gab es noch keine gute Erklärung dafür,“ sagt Hamilton. „Aber wir können es nachvollziehen, wenn die Erde eine dramatischere Frühgeschichte hat, als wir bisher annahmen.“

Die Forscher um Matija Ćuk testeten viele verschiedene Szenarios, aber die erfolgreichsten davon hatten immer einen Impakt, der den Mond formte und die Erddrehung extrem schnell werden ließ – bis zu doppelter Geschwindigkeit der anderen Modelle. Außerdem wurde die Drehachse stark beeinflusst und betrug demnach 60° bis 80°.

„Wir haben schon damit gerechnet, dass sich die Erde nach dem Impakt extrem schnell gedreht haben muss“, sagt Ćuk. „Durch die hohe Abweichung der Drehachse war es der Erde möglich diese hohe Geschwindigkeit zu verlieren.“

Das Modell besagt ebenfalls, dass der neu-geformte Mond zunächst der Erde sehr nah war und sich dann auf fast 15-fachen Abstand entfernte. Dabei entwickelte die Sonne einen größeren Einfluss über den Mond-Orbit.
Den Wissenschaftlern nach haben beide Faktoren – eine stark geneigte Drehachse der Erde und ein sich nach außen entfernender Mond – zu dem ungewöhnlichen Mond-Orbit  heutzutage beigetragen.
Eine wichtige Erkenntnis dieser neuen Forschung ist, dass wenn die Erdachse tatsächlich mehr als 60° gekippt war nachdem der Mond sich formte, dann konnte der Mond nicht langsam von der Äquatorialebene zur Ekliptikebene wandern. Stattdessen war der Übergang abrupt und so entstand zunächst eine noch größere Abweichung relativ zur Ekliptik.

„Als der Mond sich dann auswärts bewegte, gab es durch die große Abweichung der Erdachse eine chaotische Änderung, da die Sonne nun einen größeren Einfluss hatte,“ sagt Ćuk.  „Folglich, und über Milliarden von Jahren, nahm die Abweichung des Mond-Orbits ab, bis zu den 5° die wir heute sehen. Also sind diese heutigen 5° ein Überbleibsel und eine Erinnerung an eine viel größere Abweichung in der Vergangenheit.“

Hamilton betont, dass das Modell nicht alle offenen Fragen über den Mond-Orbit beantworten kann. Aber die Stärke des Modells, so sagt er, sei, dass es einen Rahmen bildet um neue Fragen in der Zukunft beantworten zu können.

„Es gibt viele potentielle Wege von der Mondentstehung zum Erde-Mond-System wie wir es heute kennen. Wir haben ein paar davon identifiziert, aber es gibt sicher noch andere Möglichkeiten,“ sagt Hamilton. „Wir haben jetzt ein Modell, das wahrscheinlicher ist und sauberer funktioniert als Vorherige. Wir glauben, das ist eine große Verbesserung, die uns näher daran bringt, was wirklich passierte.“

 

Quelle: http://www.nanowerk.com/news2/space/newsid=44952.php

 

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Shari van Treeck

Shari van Treeck, 29, hat BSc Geophysik und Meteorologie und MSc Physik der Erde und Atmosphäre mit dem Schwerpunkt Weltraumgeophysik an der Universität zu Köln studiert. Seit 2015 ist sie Doktorandin im Sonderforschungsbereich Transregio 32 an der Universität Bonn in der angewandten Geophysik.