Woher stammt Theia?

In der Frühzeit des Sonnensystems vor 4,5 Milliarden Jahren stieß der marsgroße Himmelskörper Theia mit der Ur-Erde zusammen. Die Katastrophe veränderte unseren Planeten – und aus den Trümmern des Zusammenpralls entstand der Mond. Woher aber kam Theia? Auf diese Frage hat ein Forschungsteam jetzt eine Antwort gefunden. Theia sei vermutlich näher an der Sonne entstanden als die Erde, berichten die Astronominnen und Astronomen im Fachblatt „Science“.

„In der Zusammensetzung eines Himmelskörpers ist seine gesamte Entstehungsgeschichte gespeichert, einschließlich seines Ursprungsortes“, erläutert Thorsten Kleine vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Doch bei Theia gibt es ein Problem, denn er wurde bei der Kollision völlig zerstört. Zwar blieb seine Materie erhalten – zum Teil im Erdmantel, zum Teil im Mond. Doch in beiden Fällen ist Theias Materie mit der ursprünglichen Materie der Ur-Erde vermischt. Kleine und seinem Team ist es nun dennoch gelungen, dem Ursprung von Theia auf die Spur zu kommen.

Dafür führten sie hochpräzise Isotopenanalysen von Gesteinsproben aus dem Erdmantel, von Bodenproben vom Mond sowie von Meteoritengestein durch. Als Isotope werden die unterschiedlichen Varianten eines chemischen Elements bezeichnet, die sich in der Anzahl der Neutronen in ihrem Atomkern – und damit in ihrem Gewicht – unterscheiden. Die Analyse des Teams zeigt, dass Eisenisotope in gleichen Verhältnissen auf dem Mond und dem Erdmantel vorliegen. Und zwar in Verhältnissen, die mit jenen von Meteoriten aus dem inneren Sonnensystem übereinstimmen.

Ungewöhnlich viel schwere Elemente

In der Ur-Erde war allerdings Eisen bereits in den Kern des Planeten abgesunken. Deswegen stammt das nun im Erdmantel gefundene Eisen vermutlich von Theia – und damit müsste dieser Himmelskörper wie die Erde im inneren Sonnensystem entstanden sein. Aber wo dort? Um diese Frage zu beantworten, hat das Team weitere Elemente in die Analyse miteinbezogen, insbesondere Molybdän und Zirkonium. Mithilfe von Simulationen untersuchten die Forscherinnen und Forscher dann, welche Zusammensetzungen von Theia und der frühen Erde zu den heutigen Isotopenverhältnissen geführt haben könnten.

Wie sich zeigte, muss Theia im Gegensatz zur Ur-Erde auch Material enthalten haben, das ungewöhnlich viel schwere Elemente wie Zirkonium enthielt. Da Meteoriten umso mehr dieser schweren Elemente enthalten, je näher sie an der Sonne entstanden, liefert dies einen entscheidenden Hinweis auf den Ursprung von Theia. „Unsere Berechnungen deuten darauf hin“, so schließen Kleine und sein Team, „dass Theia näher an der Sonne entstanden ist als die Erde.“