Im Juni 1986 erlebten Planetenforscher einen Heureka-Moment. Denn sie waren zum ersten Mal einig, wie die Erde zu ihrem ungebührlich großen Mond gekommen ist. Diese Erklärung gilt bis heute als das wahrscheinlichste Szenario: Kurz nach der Entstehung der Erde vor rund 4,5 Milliarden Jahren stieß ein marsgroßer Planet mit der Protoerde zusammen. Aus dem verdampften Gestein, das dabei ins All geschleudert wurde, bildete sich wenig später der Mond.
Karl erzählt in dieser Folge, wie es zu diesem Heureka-Moment kam – denn nur wenige Jahre zuvor war die Forschungswelt noch hochgradig zerstritten, was die Entstehung des Mondes anging. Mindestens eine Handvoll Hypothesen war im Rennen. Man diskutierte, ob der Mond sich von der Erde durch allzu große Fliehkraft abgespalten hatte oder ob er friedlich an der Seite der Erde aus dem Urnebel gewachsen war. Andere glaubten an ein eingefangenes Objekt aus der kosmischen Nachbarschaft – oder sogar an eine natürliche, nukleare Explosion tief im Erdinneren nahe dem Erdkern.
Schon in den 1940er Jahren war dem kanadischen Geologen Reginald Daly aufgefallen, dass die mittlere Dichte des Mondes recht genau der Dichte des Erdmantels entspricht. Aber erst die astronautischen Mondlandungen des Apollo-Programms und die Proben verschiedener Raumsonden brachten ab 1969 Gewissheit: Erdmantel und Mond müssen aus dem gleichen Urmaterial entstanden sein. Gleichzeitig besitzt der Mond nur einen winzigen Eisenkern. Alles zusammen wirkte wie ein Sieb für die diversen Modelle der Mondentstehung. Übrig blieb am Ende nur der große Einschlag.
Trotz der klaren Hinweise bleiben bis heute einige Fragen offen. Zum Beispiel ist weiter unklar, warum zwar der Fingerabdruck der Sauerstoff-Isotope in Erdmantel und Mond sehr gut übereinstimmen – immerhin das häufigste Element von Erde und Mond – aber einige Spurenstoffe teilweise radikal abweichen. Dazu gehört der Anteil von Eisen und anderen Metallen, aber auch von flüchtigen Stoffe wie Wasser oder Kohlendioxid. Herausfordernd für die heutige Forschung ist vor allem das Wachstum des Mondes direkt nach dem großen Einschlag, bei dem es ziemlich heiß hergegangen sein muss.
Mehr bei AstroGeo
- Folge 78: Kernenergie vor 2 Milliarden Jahren: Der Atomreaktor Oklo
- Folge 51: Die verlorenen Mondspiegel
- Folge 42: Das wertvollste Material der Welt
Weiterführende Links
- WP: Entstehung des Mondes
- WP: George Darwin
- WP: Basalt
- WP: Innerer Aufbau des Mondes
- WP: Reginald Daly
- WP: Giant-impact hypothesis (englisch)
- WP: Theia (Protoplanet)
- WP: Synestia (englisch)
Quellen
- Fachartikel: Daly: Origin of the Moon and Its Topography, Proceedings of the American Philosophical Society, (1946)
- Fachartikel: Cameron & Ward: The Origin of the Moon, Lunar and Planetary Science (1976)
- New York Times: Moon’s Creation now Attributed to Giant Crash (1986)
- Fachartikel: Lock et al.: The Origin of the Moon Within a Terrestrial Synestia, Journal of Geophysical Research – Planets (2018)
- Fachartikel: Yuan et al.: Moon-forming impactor as a source of Earth’s basal mantle anomalies, Nature (2023)
- Fachartikel: Sossi, Nakajima & Khan: Composition, Structure and Origin of the Moon, ArXiv/Preprint (2024)
Episodenbild: CC-BY-SA 3.0 Rolf Hempel / Wikimedia Commons
Die Hypothese der „explosion of the Protoearth“ wurde laut Wikipedia erst nach 1986, nämlich 1997 aufgestellt.
siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Origin_of_the_Moon#Nuclear_explosion
Relevant ist nicht die „Neigung der Bahnebene“ sondern die „Neigung der Rotationsachse“.
Wobei ich weiß nicht wirklich, zumindest ist 23° die „Neigung der Rotationsachse“ der Erde und nicht die Bahnneigung, die Definitionsgemäß 0 ist.
Also letztendlich müsste die Bahnneigung zum Äquator des Bezugsplaneten berücksichtigt werden und nicht nur die Bahnneigung des Planeten.
Danke für die Neigungskommentare. Das Thema besprechen wir im nächsten Geplänkel nochmal.
Bitte zukünftig nur einen Kommentar absetzen.
Eine sehr tolle und spannende Folge! Dieses Thema war vor mehr als zehn Jahren mein Physik‑Referat in der Schule. 😀
Aber was ich mich frage: Wenn Theia nicht mit der Erde kollidiert wäre – wie sähe diese „Alternativerde“ dann aus? Es würden ja die Gezeiten fehlen, ebenso die stabilisierende Wirkung des Mondes auf die Erdachse, und die Erdrotation wäre schneller. Da bei der Kollision mit Theia vermutlich auch ihr Eisenkern in die Erde eingegangen ist: Würde das bedeuten, dass die Erde dann geologisch inaktiver wäre und das Magnetfeld schwächer wäre? Ich weiß, das ist alles sehr hypothetisch. 😉
Generelles Feedback: Ihr macht tolle Arbeit und verbindet zwei spannende Felder miteinander. Ich hätte nicht gedacht, dass Geologie so faszinierend sein kann. 🙂
Auch die „Karlauer“ und das Rumfrotzeln von Franzi machen euch noch sympathischer.
Danke fürs Lob!
Die Wirkung des Mondes auf die Erde steht auf meiner Themenliste für die Zukunft. Diese Folge hätte es inhaltlich sonst völlig gesprengt.
Ok, dann warte ich mit voller Vorfreude auf eine Fortsetzung 🙂
Danke Franzi, mein erster Gedanke war auch Synestia und die Poetic Edda!
Thematisch passen die beiden letzten Folgen — rein zufällig (?!) — eigentlich ziemlich gut zusammen. Die eine handelte von den ersten Sternen und deren Eigenschaften, die andere von den Anfängen des für uns relevantesten Gesteinsplaneten unseres Sonnensystems.
Der vermutlich ursprünglich einen Zwilling hatte. Denn der marsgroße Urplanet Theia, mit dem die Urerde zusammengestoßen ist, entstand ja wohl mit im Sonnensystem. Dass ein Planet von außen reinkommt und dann auch noch die Erde trifft, dürfte ja ähnlich unwahrscheinlich sein wie der Zusammenstoß zweier Sterne bei der gegenseitigen Durchdringung zweier Galaxien. Und da er ebenfalls ein aus Gestein bestehendes Objekt war, ist es auch wahrscheinlich, dass er wie die anderen Gesteinsplaneten sich im Innenbereich der Wolke entwickelte, aus der das Sonnensystem entstand.
Höchstens die Bezeichnung Planet dürfte weder für Theia noch für die Urerde so richtig zutreffen, weil das alles wohl passiert ist, bevor die Planeten ihre Bahnen freigeräumt hatten, was ja zu ihrer Definition gehört. Der Zusammenstoß ist womöglich gar die Konsequenz des „Versuchs“ zweier Planetesimale, ihre zu eng beeinander liegenden Bahnen frei zu räumen. Wenn das so ist, wäre ein solcher Zusammenstoß auch in anderen Sonnensystemen nicht so unwahrscheinlich. Und insoweit die Existenz des Mondes wichtig für die Entstehung bzw. die Fortdauer von Leben auf dem Planeten wichtig war (Aufrechterhaltung des starken Erdmagnetfelds), müssen Schätzungen für dessen Häufigkeit in der Galaxis nicht nach unten korrigiert werden.
Eine Anmerkung zur Roche-Grenze.
Das ist nicht die Grenze, wie es Karl angedeutet hat, unterhalb derer ein kleinerer Körper aufgrund der Gravitationswechselwirkung auf einen größeren stürzt, auch wenn in der (deutschen) Wikipedia ein ähnlich klingender Satz steht. Beim reinen Zwei-Körper-Problem gibt es überhaupt keinen theoretischen Einfang (und damit Einfangradius), zumindest solange man bei der newtonschen Mechanik bleibt. Es gibt ja nur drei Arten von Bahnen: Ellipsen, Parabeln, Hyperbeln. Ein nicht in einem Orbit gebundener kleinerer Körper nähert sich dem gravitierenden Körper auf einer Parabel- oder Hyperbelbahn und kann, wenn er keine Energie verliert, nicht auf eine Ellipsenbahn wechseln, die niedrigere Energie hat. Wenn er nicht zentral mit dem anziehenden Körper zusammenstößt (ist nur bei [nahezu] zur Geraden entarteter Hyperbel oder Parabel der Fall), dann fliegt er vorbei und entkommt ins Unendliche, weil er mindestens die Fluchtgeschwindigkeit hat, die seinem nächsten Abstand zum großen Körper entspricht. Für einen echten Einfang braucht es einen dritten Körper oder ein abbremsendes Medium.
Was die Roche-Grenze beschreibt ist, in welchem Abstand ein rein durch Gravitation zusammengehaltener Satellit eines größeren Körpers (Planet oder Sonne) durch dessen Gezeitenkräfte auseinandergerissen wird. (Die Gezeitenkräfte sind die Differenzkräfte auf verschieden weit vom Gravitationszentrum entfernte Teile eines Körpers in einem inhomogenen Gravitationsfeld.)
Diese Grenze hängt von den Dichten des primären Körpers und des Satelliten sowie von der Deformierbarkeit des letzteren ab. Für menschengemachte künstlichen Satelliten hat sie keine Bedeutung, weil die nicht durch Gravitation zusammenhalten sondern durch Materialfestigkeit. Solche Körper können die Erde also auch weit unterhalb ihrer Roche-Grenze umkreisen und stabil sein. Beim Mond ist das anders, der ist massenmäßig so groß, dass er durch Gravitation viel stärker zusammengehalten wird als durch die (Zug-)Festigkeit seiner Gesteine (deswegen hat er Kugelform). Die Materialfestigkeit ist dann bei der Frage des Zerreißens durch Gezeitenkräfte vernachläassigbar. Die Deformierbarkeit spielt bei der Definition der Roche-Grenze nur eine Rolle für die Form der Oberfläche kurz vor dem Auseinanderreißen. Befindet sich ein Körper an seiner Roche-Grenze, so wird eine kleine Probemasse an seiner Oberfläche gerade zu schweben anfangen, denn dort wird die Gravitation des Satelliten gerade durch die des primären Körpers aufgehoben.
Zwei gern betrachtete Grenzfälle sind:
1. Starrheit, in dieser Anschauung bleibt der kleinere Körper bis zum Erreichen der Roche-Grenze kugelförmig. Für den Mond wäre die Grenze in diesem Fall eine Kreisbahn mit einem Radius von 1,49 Erdradien.
2. Vollständige Deformierbarkeit, also im Grunde flüssige Konsistenz des Satelliten. Dann wird seine Oberfläche eine Äquipotentialfläche des kombinierten Gravitationsfeldes beider Körper, auf der die Nettograviatation an der Roche-Grenze null wird. Die Form des Satelliten wird ein Rotationsellipsoid (durch den Zug der Gezeitenkräfte). Dieser Fall liefert einen größeren Kreisbahnradius für das Zerreißen des kleineren Körpers. Für Mond-Erde-System liegt diese Roche-Grenze bei 2,86 Erdradien.
Die wahre Roche-Grenze, bei der es den Mond zerreißen würde, wenn er der Erde zu nahe käme, liegt also im Bereich zwischen 1,49 und 2,86 Erdradien. Allerdings kann man sich schon fragen, wieso beim Auseinanderfliegen der Überreste von Theia und der Erde nach der Kollision der kleinere Körper, also Theia, nicht zerrissen wurde, denn er muss sich eine Zeitlang innerhalb seiner Roche-Grenze befunden haben und sollte in viele kleine Trümmer zerfallen sein, die einen Ring um die Erde bilden. Das wäre mal eine Frage fürs AstroGeoPlänkel — falls ihr die Antwort darauf findet.
Ein anderer Punkt, den Karl erwähnt hat, bietet eine gute Gelegenheit, sich ein bisschen die Dynamik des Mond-Erde-Systems anzuschauen. Er hat nämlich gesagt, dass der Mond durch Ebbe und Flut auf der Erde Rotationsenergie verlöre und sich dadurch von der Erde entfernt. Nun ist die Rotationsenergie nicht die beste Größe, dieses Sich-Entfernen zu diskutieren, denn sie ist keine Erhaltungsgröße wie die Gesamtenergie. Und die Aussage ist auch nicht einfach zu begründen, denn offensichtlich ist es erstmal die Erde, deren Rotationsenergie durch Ebbe und Flut abnimmt. Das ist natürlich so, weil der Mond viel länger als einen Tag braucht, um einmal um die Erde herum zu laufen, nämlich fast einen Monat. Die Erdoberfläche dreht sich also unter dem Mond weg, während der Flutberg aufgrund des Tidenhubs in Richtung Mond zeigt (und ein zweiter auf der gegenüberliegenden Seite der Erde in die Gegenrichtung). Das aber bedeutet, dass die Reibung zwischen der Flutwelle und dem Untergrund verlangsamend auf die Erddrehung wirkt. Die Tage werden länger.
Dass sich der Mond von der Erde entfernt, ist eine Folge der näherungsweisen Drehimpulserhaltung des Gesamtsystems Erde und Mond. Der Drehimpuls eines Systems bleibt erhalten, wenn kein äußeres Drehmoment auf es wirkt. Das Gravitationsfeld der Sonne übt allerdings ein Drehmoment auf das System aus, was zu einer Präzession der Mondbahn führt, mit periodischer Änderung der Orientierung des Bahndrehimpulses aber praktisch keiner Änderung des Betrags desselben.
Wenn nun die Erdrotation sich verlangsamt, dann nimmt der Drehimpuls der Erde aufgrund des durch die Gezeitenkräfte ausgeübten Drehmoments ab. Der Drehimpuls des Mondes — und das ist hauptsächlich Bahndrehimpuls — muss zunehmen, so dass der Betrag des Gesamtdrehimpulses beider Himmelskörper gleich bleibt. Wie ändert die Drehimpulszunahme die Bahn des Mondes? Der Drehimpuls selbst ist proportional zu r² ω, wo r der Abstand des Mondmittelpunkts vom gemeinsamen Schwerpunkt des Mond-Erde-Systems ist (der liegt im Innern der Erde, etwas mehr als 2000 km unter der Oberfläche) und ω die Kreisfrequenz, die ist umgekehrt proportional zur Umlaufszeit (gegenwärtig rund ein Monat).
Das Produkt r²ω muss also aufgrund von Ebbe und Flut wachsen. Wie sich r und ω einzeln verhalten, folgt dann aus dem dritten keplerschen Gesetz. Das besagt nämlich, dass r³ω² eine Konstante ist. (Die Quadrate der Umlaufszeiten von Planeten/Satelliten sind proportional den Kuben der großen Halbachsen ihrer Bahnen. Nun ist r bei einer Ellipse nicht exakt die große Halbachse, entspricht aber einer umso besseren Näherung, je kreisförmiger die Ellipse wird. Und die Mondbahn ist fast kreisförmig.) Also haben wir für alle Bahnen von Erdsatelliten (inklusive des Mondes) r ~ ωˉ²/³ . Damit ist r²ω ~ ωˉ¹/³ ~ r¹/². Die Potenz von r ist positiv, die von ω negativ. Das heißt, die Zunahme des Drehimpulses des Mondes bedeutet eine Zunahme seines Bahnradius — er entfernt sich von der Erde — und eine Abnahme seiner Umlauffrequenz, also eine Erhöhung der Umlaufszeit. Jetzt können wir auch feststellen, wie sich die Rotationsenergie, das ist im Wesentlichen die kinetische Energie auf der Umlaufbahn (plus die Energie der Eigenrotation des Mondes, die aber viel kleiner ist) verhält. Die kinetische Energie ist proportional zum Quadrat der Bahngeschwindigkeit r ω. Da ω ~ rˉ³/², ist (r ω)²~ rˉ¹. Die kinetische Energie des Mondes auf seiner Bahn nimmt also mit zunehmendem Bahnradius ab. Die Aussage von Karl, dass die Rotationsenergie des Mondes abnehme, ist also richtig. Ergo: es nehmen durch Ebbe und Flut sowohl die Rotationsenergie der Erde als auch des Mondes ab (vorübergehend, s.u.)!
In meiner Schulzeit (lang ist’s her), erhielt ich ein Buch mit dem Titel „das Weltall“, worin unter anderem die Dynamik des Erde-Mond-Systems als Folge der Gezeiten beschrieben wird. Vieles, was sonst in dem Buch steht, ist heute veraltet (die nahmen an, dass es in unserer Milchstraße 100 Milliarden Sterne gibt, aber die Gesamtzahl der Galaxien 75 Millionen sei; die erste Schätzung ist heute noch in der Größenordnung richtig, aber es gibt mehr Galaxien im sichtbaren Universum als Sterne in der Milchstraße…). Solche himmelsmechanischen Berechnungen bleiben jedoch gültig.
Das Szenario geht dann so: Die durch den Mond verursachten Gezeiten verlangsamen die Erdrotation, verlängern also den Tag, und erhöhen den Abstand des Mondes von der Erde, was auch eine Verlängerung eines Mondumlaufs zur Folge hat — der „Monat“ wird länger. Allerdings langsamer als der Tag und so nähern sich die beiden einander immer mehr an, bis sie gleich lang sind und damit auch die Erde dem Mond immer dieselbe Seite zuwendet. Voraussetzung ist natürlich, dass die ganze Zeit, etwa 25 Milliarden Jahre lang, Meere auf der Erde vorhanden sind. Aber wenn Erde und Mond eine zweiseitig gebundene Rotation durchführen, dann bleiben mondverursachte Flutberge an derselben Stelle der Erde stehen, sie bewegen sich also nicht mehr gegenüber dem starren Untergrund, es gibt keine Reibung mehr, die Entfernung Erde-Mond bleibt konstant und das System hätte seinen Endzustand erreicht. Wenn es denn ein reines Zwei-Körper-System wäre. Aber es gibt ja noch die Sonne und die macht auch Ebbe und Flut, wenn gegenwärtig auch nur halb so groß wie der Mond. In jener fernen Zeit dürften Ebbe und Flut von der Sonne viel größer sein als die durch den Mond verursachten Phänomene. Und vor allem laufen die Flutberge weiterhin um die Erde, weil diese gegenüber der Sonne immer noch rotiert. Damit wird die Synchronizität der Erdrotation mit der Mondumlaufsbahn gestört. Der Mond läuft in kürzerer Zeit um die Erde als sie sich um sich selbst dreht. Effektiv dreht sich der Vorgang um: der Mond kommt der Erde näher und wird dabei schneller. Sowohl die Monate als auch die Erdtage werden wieder kürzer. Nach weiteren 25 Milliarden Jahren ist der Mond der Erde wieder gefährlich nahe, umkreist sie im Stundentakt und die Flutwellen aufgrund der Mondgezeiten sind Tausende Meter hoch. Schließlich erreicht der Mond die Roche-Grenze (im Buch als 2,86 Erdradien angegeben, das entspricht also dem Fluidmodell) und wird zerrissen. Auf der Erde herrschen natürlich apokalyptische Verhältnisse, aber Menschen gibt es dort eh nicht mehr.
Tatsächlich wird das nicht alles passieren, denn bis zur Rückkehr der Mondes in große Erdnähe vergehen 50 Milliarden Jahre und die Sonne wird schon in etwa 5 Milliarden Jahren zum roten Riesen werden, dabei Erde und Mond verschlucken und sich nicht drum kümmern, für welche himmelsmechanischen Vorgänge man sich auf der Erde interessiert. Aus der Sonne dürften Erde und Mond kaum wieder auftauchen…
Danke. Das mit der Rochegrenze werde ich im nächsten Geplänkel präzisieren.
Ansonsten ist das Szenario ein klassisches Beispiel für: astronomische Zeitskalen gewinnen gegen geologische.
Hi Ihr Lieben,
ich hätte anlässlich dieses Themas eine allgemeine Frage eines langweiligen Verwaltungsangestellten hinsichtlich wissenschaftlicher Grundverständnisse: Ist diese Entstehung des Mondes jetzt eine „Theorie“, und bedeutet dieses im Normalsprachgebrauch ja als „Kann sein, muss nicht“ verwendete Wort wissenschaftlich „das ist geltende Auffassung“? Sind all die Dinge, die Karl aufgezählt hat, harte Beweise oder Indizien? Denn es ist ja schon ein sehr krasses Puzzlespiel mit einem extremen Ergebnis. Wie steht es, btw., mit den Ringen des Saturn? Hier heißt es ja, ein Mond sei unter dem gravitativen Einfluss des Saturn und seiner anderen Monde auseinander gebrochen und habe diese außerordentlich gehaltsvollen Ringe gebildet. Theorie? Hypothese? Idee?
Ich sende Euch Love ’n Peace outta Hannover!
Marcus Munzlinger schrieb (2. Februar 2026):
> […] „Theorie“ […] dieses im Normalsprachgebrauch ja als „Kann sein, muss nicht“ verwendete Wort […]
Wer das Wort „Theorie“ im Sinne von „Kann sein, muss nicht [sein]“ verwendet,
dessen (aktiver) Wortschatz
1. lässt sich offenbar mit den Worten „Vermutung“, „Mutmaßung“, „Annahme“, „Verdacht“, „Möglichkeit“, „Modell“, „Erwartung“, „Spekulation“, „Hoffnung“, „Befürchtung“ bereichern, und
2. umfasst womöglich gar kein separates Wort für das Konzept „was sich herausfinden ließe“, bzw. „wonach sich fragen ließe“.
> [Welches] Wort [bedeutet] wissenschaftlich „das ist geltende Auffassung“?
Insbesondere das (Fremd-)Wort „Konsens“; auch die Phrase „main stream“.
Sofern es um einvernehmliche Auffassung zur schon weithin bekannten Befund-Lage geht (einschl. welche eventuell noch folgenden Befunde demgegenüber als ungewöhnlich/unerwartet/überraschend/schockierend … gelten würden) auch oft:
„Standard-Modell“.
(Solches Einvernehmen setzt natürlich Konsens darüber voraus, wie und wovon die jeweiligen Befunde überhaupt gewonnen wurden, oder ggf. noch zu gewinnen wären.
Dabei bleibt aber „wir sind einig, wie herauszufinden wäre, ob …“ grundsätzlich und strikt von „wir haben herausgefunden, dass …“ zu unterscheiden;
also „Theorie“ nicht mit „(Standard-)Modell“ zu verwechseln.)
Mehrere Kommentare gelöscht. Ich möchte darum bitten, dass die Diskussion hier aufs Inhaltliche fokussiert bleibt.
Einen Lapsus in der ansonsten hervorragenden Folge muss ich korrigieren: Die Erde bekommt nicht Energie vom Mond, sondern gibt Energie an den Mond ab. Die Gezeitenberge, von der sich drehenden Erde ein Stück „mitgenommen“, „ziehen“ am Mond, beschleunigen ihn und führen zu einer Vergrößerung der Mondumlaufbahn (die Winkelgeschwindigkeit seines Umlaufs nimmt dabei ab). Durch diese Energieabgabe und vor allem auch durch die Reibung der Gezeiten wird die Erdumdrehung im Gegenzug langsamer. Wohin das theoretisch führt, hat Klaus ja entwickelt.