Der Erdmond und die Mondmissionen

[EREIGNISHORIZONT]

Das Late Heavy Bombardment kommt viel später, nach ca. 700 Mio Jahren (vor 3.8-3.9 Mrd Jahren). Da war der Mond und die Erde längst gebildet.

Wovon dann wohl auch die meisten heute sichtbaren Krater auf dem Mond sind, richtig?

[Amelissan]

@Bynaus: okay, I stand corrected. Dachte nur, dass LHB und Mondentstehung zusammenhingen.

@Nikita: Gravitationsenergie wird "freigesetzt" wenn sich ein Gas kontrahiert. Dadurch heizt es sich auf (durch Kollisionen). Diese Kollisionen sind aber nicht zwingend alle elastisch, sondern auch inelastisch. Inelastische Kollisionen zwischen Atomen / Molekülen heißt immer, dass da elektronische Zustände angeregt werden, die beim abregen auch Licht (der verschiedensten Wellenlängen) abstrahlen.
Die Strahlung fliegt in den kalten, bösen Weltraum hinaus, womit dem "geschlossenen" System Wolke Energie verlorengeht.
Diese Prozesse sind bitter nötig, sonst könnte eine Wolke nie kontrahieren, da sie schnell Drücke erreichen würde, die eine weitere Kontraktion verhindern, und somit nie eine Fusion einsetzen würde.

[Thomas W. Riker]

gravitative Energie wegstrahlen? Wie darf ich mir das vorstellen? So wie wenn bei der Enterprise
ein Gravitonimpuls ausgesendet wird kann da ja nicht sein.

Meinst du einfach Energie, die sich später in Masse umgewandelt hätte?

In Wiki geht man davon aus, dass bei der Kontraktion des Protosonnen-Gasnebels zur Sonne 10^41 J freigesetzt wurden bevor die Fusion einsetzte.

[Nikita]

(der noch instabil ist, und teils in Ausbrüchen enorme Mengen an gravitativer Energie wegstrahlt)

gravitative Energie wegstrahlen? Wie darf ich mir das vorstellen? So wie wenn bei der Enterprise
ein Gravitonimpuls ausgesendet wird kann da ja nicht sein.

Meinst du einfach Energie, die sich später in Masse umgewandelt hätte?

[Bynaus]

Die von mir beschriebenen Isotopenfraktionierungseffekte waren nur in der Phase der frühen Scheibe wichtig, dh, in den ersten Mio Jahren. Danach sind die Isotopenverhältnisse (mit Ausnahme derjenigen, die noch von Radioisotopen verändert werden) gesetzt und die Zusammensetzung der grösseren Körper hängt nur noch davon ab, woher sie ihre Bauteile haben. Da man annimmt, dass planetare Embryos wie Mars und Theia nur sehr enge "Fütterzonen" haben, kann es da eine grosse Variabilität der Isotopenzusammensetzungen geben.

Die Sternentstehung sollte für gewöhnlich nach ~10 Mio Jahren abgeschlossen sein, Felsplaneten brauchen ~1 Mio, Gasriesen je nach Modell 1-10 Mio Jahre.

Eher umgekehrt. Die Gasriesen müssen schnell entstehen, weil nach spätestens 8 Mio Jahren (eher früher) das Gas weg ist. Planetare Embryos wie Mars entstehen in ein paar Mio Jahren, aber grosse Felsplaneten wie die Erde können bis zur letzten Akkretion bis zu 100 Mio Jahre brauchen.

Das Late Heavy Bombardment kommt viel später, nach ca. 700 Mio Jahren (vor 3.8-3.9 Mrd Jahren). Da war der Mond und die Erde längst gebildet.

[Amelissan]

@Ereignishorizont:

Kurz gesagt ja.
Ausführlicher: Der innerste Bereich einer Staubscheibe wird für gewöhnlich (aktuellen Modellen folgend...) wohl recht aufgebläht, es formt sich ein regelrechter Blob. Dieser resultiert aus dem Strahlungsdruck / und Temperaturerhöhung die nach außen drückt, und dem Gegendruck der Scheibe von außen. Während hier bereits leichte Elemente weggeweht werden vom jungen Stern (der noch instabil ist, und teils in Ausbrüchen enorme Mengen an gravitativer Energie wegstrahlt), hat man im innersten der Disk viele bunte Dinge die da passieren:
als wichtigste seien Sedimentation (schwere Elemente werden in dünnere Scheiben "plattgedrückt"), Diffusion und wildeste chemische Prozesse zu nennen. Die Sedimentation bewirkt, dass sich relativ flott Carbonate und Silikate verdichten und als Gravitationspotentiale Gas anziehen. Sofern nicht der Strahlungsdruck schon alle leichteren weit nach außen "abgeschossen" hat.

Ob man nun also ein Sonnensystem mit nur Gasriesen, nur Felsenplaneten oder ein Gemisch bekommt, hängt also stark vom Stern ab.

Die Sternentstehung sollte für gewöhnlich nach ~10 Mio Jahren abgeschlossen sein, Felsplaneten brauchen ~1 Mio, Gasriesen je nach Modell 1-10 Mio Jahre. Und mit abgeschlossener Sternentstehung meint man, dass die Phase der Abstrahlung von Gravitationsenergie abgeschlossen ist, Kernfusion bereits eingesetzt hat, und der Stern schön brav im hydrostatischen Gleichgewicht auf der Hauptreihe sein Leben beginnt.

Das Late-Heavy-Bombardment soll sowas wie ~100 Mio Jahre nach "Beginn" passiert sein. In diese Phase dürfte dann auch die Entstehung des Mondes fallen.

(So, alles nur ausm Gedächtnis geschrieben, man möge eventuelle Fehler verzeihen und korrigieren)

[EREIGNISHORIZONT]

@ Bynaus und Amelissan
Vielen Dank für die Erklärungen.

Spielt denn auch der Strahlungsdruck der Sonne eine Rolle in der Zusammensetzung des Materials? Mit "Strahlendruck" meine ich diese Zone um den Stern rum, der ja die Staubscheibe quasi um sich herum "wegdrückt".
Wenn dem so wäre, müssten Planeten, die überwiegend aus zentralen Bereichen der Staubscheibe entstanden sind, quasi ähnliche Zusammensetzungen haben und sich von den aus der äußeren Region der Staubscheibe entstandenen Planeten deutlich unterscheiden. Ist dem so?

[Spocky]

Die intensive Strahlung der frühen Sonne bestrahlt Materialien und produziert bestimmte Stoffe, natürlich wieder näher an der Sonne dran als weiter davon weg. Dann gibt es Anomalien durch radioaktiven Zerfall: Das kurzlebige Radionuklid Mangan-53 zerfällt zu Chrom-53. Mangan ist aber flüchtiger als Chrom, so dass die sonnennahen Objekte (in der Frühzeit des Sonnensystems, als es noch viel Mangan-53 gab) weniger Mangan einbauen können, und deshalb am Ende auch etwas weniger Chrom-53 haben. Oder die Strahlung von wahlweise der Sonne oder benachbarten Sternen sorgt für eine Isotopenfraktionierung im Sauerstoff, die man als "self-shielding" bezeichnet. Und so weiter... Am Ende mischt sich alles, aber nur teilweise, und so entstehen die unterschiedlichsten Materialien. Dass Theia in diesem "Chaos" exakt dieselbe Zusammensetzung bekommt wie die Erde, scheint unwahrscheinlich. Aber vielleicht war auch nicht ganz alles so chaotisch. Vielleicht war der innerste Teil der Scheibe, in dem die Erde entstand, mehr oder weniger einheitlich - auch dafür gibt es Hinweise. Aber dazu ein andermal mehr.

Wie lange galt die Sonne denn als "jung", sprich: Wie lange hatte sie diese intensive Strahlung? Bis nach der Mondentstehung oder nur davor? Der Mond entstand ja bereits vor 4,4 -4,5 Ga, also kurz nach Entstehen des Sonnensystems. Wenn der Abstand zur Sonne einen so entscheidenden Einfluss hatte, dann könnte auch darin der Schlüssel zur Lösung verborgen liegen^^

[Amelissan]

Hmm ein kritischer Parameter eurer Berechnungen dürfte ja der Abkühlungszustand der jungen Erde sein. Ebenso in dem von dir erwähnten Equilibrium-Modell. Gibt's da bestimmte Standardannahmen / Breakthrough-arbeiten die man nimmt? In dem Monster-abstract steht dazu ja nix
Ich frage, weil mich prinzipiell der Übergang Akkretionsscheibe -> Gas / wildes Fluidgemisch -> fester Planet interessiert.

@Ereignishorizont:
Ich will nicht klugscheißen, es ist nur, dass ich da gerade Raum für Missverständnisse sehe.
Das Theia-Impact-Modell sagt eben nur die gemessene Mondzusammensetzung voraus, wenn Theia auch sehr ähnlich wie die Erde zusammengesetzt war. Da dies aber unwahrscheinlich scheint, hat das Impact-Modell ein Problem. Mögliche Lösungen dazu hat Bynaus ja beschrieben.

Sollte du das nicht gemeint haben, bitte ich missverständlichst um Entschuldigung

[Bynaus]

Trotz oder auch wegen der erheblichen Erfolge der Exoplaneten-Forschung erscheint mir das Terra/Luna-System immer mehr wie eine galaktische Anhäufung von Koinzidenzien.

Nun, wir kennen ja bisher noch keine Exomonde. Da würde ich einfach abwarten. Verknüpft man die Entstehung von Planeten mit einem Modell der Entstehung von Monden durch Giant Impacts, haben etwa 10% aller erdähnlichen Planeten mondähnliche Monde. Das ist nicht aussergewöhnlich viel und passt prinzipiell zu der Beobachtung im Sonnensystem (die Erde hat einen, die Venus dann aber keinen Mond). Wenn natürlich der Mond nun für die Entstehung oder Entwicklung des (komplexen?) Lebens auf der Erde mitverantwortlich ist, dann ist auch klar, warum wir ausgerechnet auf einem dieser 10%-Planeten mit Mond, statt auf einem dieser 90%-Planeten ohne Mond leben...

Bleibt für mich aber noch die Frage, worauf basierend denn angenommen wird, dass die Zusammensetzung von Theias Kruste so ähnlich ist mit der von der Erde?

Man hat keinen speziellen Grund, das anzunehmen, ausser eben, weil sich damit die Ähnlichkeit zwischen Erde und Mond gut erklären liesse. Der Mars z.B. hat in vielen Isotopensystemen eine andere Zusammensetzung als die Erde. Mars ist vermutlich ein überlebender "planetarer Embryo" (wie auch Theia einer war), dh, wenn Theia auch nur so ungefähr ähnlich wie Mars war (oder zumindest ähnlich verschieden von der Erde wie Mars), dann war sie eben zu unähnlich, als dass das heute bei Messungen von Mondmaterial nicht aufgefallen wäre, wenn wirklich 80% des Mondes von Theia kämen.

Geht man von dieser Riesen Scheibe aus Gas und Staub aus, die unsere junge Sonne umkreiste, müssten dann nicht alle festen Körper eine ähnlich gleiche Zusammensetzung haben? Also auch Meteoriten.

Es spielen eine Menge Prozesse eine Rolle. Präsolare Körner (Staubkörner von anderen Sternen) tragen "nukleosynthetische Anomalien" in sich. Z.B. Entstehen in einer Supernova die Isotope in anderen Häufigkeiten als in einem AGB-Stern (einer Art Roten Riesen). Das Sonnensystem ist zwar ein Gemisch von all diesen Körnern. Aber einige Körner sind vielleicht fragiler als andere, zerfallen in der Nähe der Sonne (verdampfen) und werden weniger häufig eingebaut. Die intensive Strahlung der frühen Sonne bestrahlt Materialien und produziert bestimmte Stoffe, natürlich wieder näher an der Sonne dran als weiter davon weg. Dann gibt es Anomalien durch radioaktiven Zerfall: Das kurzlebige Radionuklid Mangan-53 zerfällt zu Chrom-53. Mangan ist aber flüchtiger als Chrom, so dass die sonnennahen Objekte (in der Frühzeit des Sonnensystems, als es noch viel Mangan-53 gab) weniger Mangan einbauen können, und deshalb am Ende auch etwas weniger Chrom-53 haben. Oder die Strahlung von wahlweise der Sonne oder benachbarten Sternen sorgt für eine Isotopenfraktionierung im Sauerstoff, die man als "self-shielding" bezeichnet. Und so weiter... Am Ende mischt sich alles, aber nur teilweise, und so entstehen die unterschiedlichsten Materialien. Dass Theia in diesem "Chaos" exakt dieselbe Zusammensetzung bekommt wie die Erde, scheint unwahrscheinlich. Aber vielleicht war auch nicht ganz alles so chaotisch. Vielleicht war der innerste Teil der Scheibe, in dem die Erde entstand, mehr oder weniger einheitlich - auch dafür gibt es Hinweise. Aber dazu ein andermal mehr.

[EREIGNISHORIZONT]

JO...auch ein dickes Danke Schön von mir an Bynaus !
Schön dich hier wieder zu lesen!

Bleibt für mich aber noch die Frage, worauf basierend denn angenommen wird, dass die Zusammensetzung von Theias Kruste so ähnlich ist mit der von der Erde?
Geht man von dieser Riesen Scheibe aus Gas und Staub aus, die unsere junge Sonne umkreiste, müssten dann nicht alle festen Körper eine ähnlich gleiche Zusammensetzung haben? Also auch Meteoriten.

[Thomas W. Riker]

@Bynaus
Very big THX!
Wegen solchen Beiträgen liebe ich das Off-Topic des SFF.
Ich würde mich, wie viele User sehr freuen, wieder öfter mehr von Dir zu lesen.
Trotz oder auch wegen der erheblichen Erfolge der Exoplaneten-Forschung erscheint mir das Terra/Luna-System immer mehr wie eine galaktische Anhäufung von Koinzidenzien.

[Bynaus]

Was Bynaus meint, ist folgendes

Der Giant Impact ist eine geniale Lösung für ein komplexes Problem: er erklärt den hohen Drehimpuls des Erde-Mond-Systems, die relative Grösse des Mondes, seine geringe Dichte (bzw., den geringen totalen Eisenanteil) in einem Aufwisch - etwas, was alle Alternativen nicht können.

Nun sind aber, wie im Artikel erwähnt, Erde (=Erdkruste bzw. Erdmantel) und Mond geochemisch (dh, in ihrer relativen Häufigkeit bestimmter Elemente) und isotopisch (in der Isotopenzusammensetzung der Elemente) extrem ähnlich. Viel ähnlicher als, sagen wir, die Erde und Meteoriten. Da lange alle Simulationen des Giant Impact zeigten, dass etwa 80% des Mondes von Theia kommt, müsste man deshalb nun annehmen, dass Theia der Erde in ihrer Zusammensetzung (geochemisch & isotopisch) sehr ähnlich war.

Oder aber, dass eben die Durchmischung stärker war, dh, unser Wissen über den genauen Ablauf des Giant Impact vielleicht doch nicht so gut ist, wie lange gedacht. Nun konnten ein paar Kollegen und ich vor einem Jahr zeigen, dass man auch viel höhere Anteile Erdmantel im Mond haben kann, wenn man an den Einschlagsparametern rumschraubt (vielleicht bis zu 80%, was schon sehr hilft). Alternativ gibt es andere Wissenschaftler, die vorgeschlagen haben, dass die flüssige Trümmerscheibe, die sich nach dem Einschlag um die Erde bildet, mit der Erde "äquilibriert", dh, so lange Material austauscht bis die Isotopenzusammensetzung in beiden Reservoiren dieselbe ist. Auch eine Form der Durchmischung, aber eben nicht während dem Einschlag, sondern danach. Ob das wirklich so funktioniert, weiss man allerdings nicht, weil sowas sehr kompliziert zu simulieren ist.

Das Paper zum Abstract oben war jetzt lange in der Vorbereitung, aber wir sind bald soweit. In ein paar Monaten könnte es vielleicht draussen sein, und dann werde ich gerne Auskunft dazu geben...

[Spocky]

Jaja, ich hab nur in meinem Kopf ein paar Gedanken wirr weiter gesponnen. Kann sein, dass das dann nicht mehr so ganz korrekt und logisch rüber kam...

[EREIGNISHORIZONT]

@ Spocky

Jetz bin ich etwas verwirrt.

meint Bynaus nicht, dass damit das Modell der Kollision Protoerde - Theia eher unwahrscheinlicher ist. Oder habe ich den Bericht jezt total falsch verstanden?