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Wissenschaftler sind sich weitgehend einig, dass ein alter Planet wahrscheinlich bei seiner Entstehung vor Milliarden von Jahren auf die Erde prallte und Trümmer ausspuckte, die sich zum Mond zusammenfügten, der heute unseren Nachthimmel schmückt.
Die als Giant-Impact-Hypothese bezeichnete Theorie erklärt viele grundlegende Merkmale des Mondes und der Erde.
Doch ein eklatantes Rätsel im Zentrum dieser Hypothese bleibt bestehen: Was ist jemals mit Theia passiert? Ein direkter Beweis für seine Existenz ist bislang schwer zu finden. Im Sonnensystem wurden keine übriggebliebenen Fragmente des Planeten gefunden. Und viele Wissenschaftler gingen davon aus, dass alle Trümmer, die Theia auf der Erde zurückgelassen hatte, im feurigen Kessel des Inneren unseres Planeten vermischt waren.
Eine neue Theorie legt jedoch nahe, dass Überreste des alten Planeten teilweise intakt bleiben und unter unseren Füßen begraben liegen.
Laut einer am Mittwoch in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Studie könnten sich geschmolzene Platten von Theia nach dem Aufprall in den Erdmantel eingebettet haben, bevor sie sich verfestigten, wodurch Teile des Materials des alten Planeten etwa 1.800 Meilen (etwa 2.900 Kilometer) unter der Oberfläche über dem Erdkern zurückblieben.
Wenn die Theorie richtig ist, würde sie nicht nur zusätzliche Details zur Vervollständigung der Rieseneinschlagshypothese liefern, sondern auch eine offene Frage für Geophysiker beantworten.
Sie wussten bereits, dass es zwei riesige, unterschiedliche Klumpen gibt, die tief in der Erde eingebettet sind. Die Massen – große Provinzen mit niedriger Geschwindigkeit oder LLVPs genannt – wurden erstmals in den 1980er Jahren entdeckt. Einer liegt unter Afrika und ein anderer unter dem Pazifischen Ozean.
Diese Klumpen sind Tausende von Kilometern breit und im Vergleich zum umgebenden Erdmantel wahrscheinlich dichter mit Eisen. Dadurch fallen sie bei der Messung durch seismische Wellen auf. Doch der Ursprung der Klumpen – von denen jeder größer als der Mond ist – bleibt für Wissenschaftler ein Rätsel.
Aber für Dr. Qian Yuan, Geophysiker und Postdoktorand am California Institute of Technology und Hauptautor der neuen Studie, änderte sich sein Verständnis von LLVPs für immer, als er 2019 an einem Seminar an der Arizona State University, seiner Alma Mater, teilnahm, in dem der Riese vorgestellt wurde -Impact-Hypothese.
Dabei erfuhr er neue Details über Theia, das mysteriöse Projektil, das vermutlich vor Milliarden von Jahren die Erde getroffen hat.
Und als ausgebildeter Geophysiker wusste er von diesen mysteriösen Klumpen, die im Erdmantel verborgen waren.
Yuan hatte einen Heureka-Moment, sagte er.
Sofort begann er, wissenschaftliche Studien zu studieren und herauszufinden, ob jemand anderes vorgeschlagen hatte, dass LLVPs Fragmente von Theia sein könnten. Aber niemand hatte.
Zunächst, sagte Yuan, habe er seinem Berater nur von seiner Theorie erzählt.
„Ich hatte Angst davor, mich an andere Menschen zu wenden, weil ich befürchtete, andere würden mich für zu verrückt halten“, sagte Yuan.
Yuan schlug seine Idee erstmals in einem Papier vor, das er 2021 einreichte. Es wurde dreimal abgelehnt. Peer-Reviewer sagten, es fehle an ausreichender Modellierung der riesigen Auswirkungen.
Dann stieß er auf Wissenschaftler, die genau die Art von Forschung betrieben, die Yuan brauchte.
Ihre Arbeit, die Theia eine bestimmte Größe und Einschlagsgeschwindigkeit in der Modellierung zuordnete, deutete darauf hin, dass die Kollision des alten Planeten den Erdmantel wahrscheinlich nicht vollständig zum Schmelzen brachte, sodass die Überreste von Theia abkühlen und feste Strukturen bilden konnten, anstatt sich im Erdinneren zu vermischen Eintopf.
Hernán Cañellas
Diese Darstellung zeigt Theia bei der Kollision mit der frühen Erde. Die Kombination aus hochauflösenden Rieseneinschlags- und Mantelkonvektionssimulationen, mineralphysikalischen Berechnungen und seismischen Bildern legt nahe, dass die untere Hälfte des Erdmantels nach diesem Einschlag größtenteils fest blieb und dass Teile des eisenreichen Mantels von Theia sanken und sich auf dem Erdkern ansammelten vor fast 4,5 Milliarden Jahren und überlebte dort während der gesamten Erdgeschichte.
„Der Erdmantel ist felsig, aber nicht wie festes Gestein“, sagte Dr. Steve Desch, Mitautor der Studie und Professor für Astrophysik an der Arizona State School of Earth and Space Exploration. „Es ist dieses Hochdruckmagma, das irgendwie klebrig ist und die Viskosität von Erdnussbutter hat und im Grunde auf einem sehr heißen Herd steht.“
Wenn in dieser Umgebung das Material, aus dem die LLVPs bestehen, zu dicht wäre, könnte es sich nicht in den gezackten Formationen anhäufen, in denen es auftritt, sagte Desch. Und wenn die Dichte niedrig genug wäre, würde sie sich einfach mit dem aufgewühlten Erdmantel vermischen.
Die Frage war: Wie groß wäre die Dichte des von Theia hinterlassenen Materials? Und könnte es mit der Dichte der LLVPs mithalten?
(Desch hatte 2019 seine eigene Arbeit verfasst, in der er die Dichte des Materials beschreiben wollte, das Theia hinterlassen hätte.)
Die Forscher suchten nach einer hochauflösenderen Modellierung mit einer 100- bis 1.000-mal höheren Auflösung als ihre vorherigen Versuche, sagte Yuan. Und dennoch stimmten die Berechnungen überein: Wenn Theia eine bestimmte Größe und Konsistenz hätte und die Erde mit einer bestimmten Geschwindigkeit treffen würde, könnten die Modelle zeigen, dass es tatsächlich riesige Brocken seiner Eingeweide im Erdmantel zurücklassen und auch die Trümmer hervorbringen könnte das würde dann unseren Mond erschaffen.
„Das war sehr, sehr, sehr aufregend“, sagte Yuan. „Das (Modellierung) gab es vorher noch nicht.“
An der Studie, die Yuan diese Woche veröffentlichte, sind Mitautoren aus verschiedenen Disziplinen verschiedener Institutionen beteiligt, darunter Arizona State, Caltech, das Shanghai Astronomical Observatory und das Ames Research Center der NASA.
Auf die Frage, ob er damit rechnet, dass ein so neuartiges Konzept – dass Materialblöcke von einem alten außerirdischen Planeten tief in der Erde verborgen sind – auf Widerstand oder Kontroversen stoßen wird, antwortete Yuan: „Ich möchte auch betonen, dass dies eine Idee ist; das ist eine hypothese.
„Es gibt keine Möglichkeit zu beweisen, dass dies der Fall sein muss“, fügte er hinzu. „Ich begrüße andere Leute, die dies (Forschung) tun.“
Desch fügte hinzu, dass seiner Meinung nach „diese Arbeit überzeugend ist.“ Das ist ein sehr starkes Argument.“ Es scheint sogar „im Nachhinein irgendwie offensichtlich.“
Dr. Seth Jacobson, Assistenzprofessor für Planetenwissenschaften an der Michigan State University, räumte ein, dass die Theorie jedoch möglicherweise nicht bald breite Akzeptanz finden werde.
„Diese (LLVPs) – sie sind selbst ein Bereich sehr aktiver Forschung“, sagte Jacobson, der nicht an der Studie beteiligt war. Und die Werkzeuge, mit denen sie untersucht werden, entwickeln sich ständig weiter.
Die Idee, dass Theia die LLVPs geschaffen habe, sei zweifellos eine spannende und auffällige Hypothese, fügte er hinzu, aber es sei nicht die einzige, die es gebe.
Eine andere Theorie geht beispielsweise davon aus, dass LLVPs tatsächlich Ansammlungen ozeanischer Kruste sind, die über Milliarden von Jahren in die Tiefen des Erdmantels gesunken sind.
„Ich bezweifle, dass die Befürworter anderer Hypothesen (zur LLVP-Bildung) sie aufgeben werden, nur weil diese aufgetaucht ist“, fügte Jacobson hinzu. „Ich denke, wir werden noch eine ganze Weile darüber diskutieren.“