Das Erde-Mond-System ist ungewöhnlich – aber vielleicht kein Einzelfall

Der Mond ist etwa ein Viertel so groß wie die Erde – und damit ein Sonderfall in unserem Sonnensystem: Alle anderen Trabanten sind sehr viel kleiner als der Planet, den sie umkreisen. Warum das so ist, hat jetzt ein Forscherteam aus den USA mithilfe von Computersimulationen herausgefunden. Nur bei Planeten mit maximal etwa dem anderthalbfachen Durchmesser der Erde bleibt nach einem Zusammenstoß mit einem größeren Körper genug feste und flüssige Materie im Weltall übrig, um daraus einen großen Mond zu formen. Diese Erkenntnis helfe bei der Suche nach Planeten mit großen Monden bei anderen Sternen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature Communications“.

„Der Mond stabilisiert die Rotationsachse der Erde und trägt damit auch zu einem stabilen Klima auf unserem Planeten bei“, schreiben Miki Nakajima von der University of Rochester und ihre Kollegen. Viele Forscher vermuten daher, dass ein im Vergleich zum Planeten großer Mond eine Rolle bei der Entstehung von Leben spielen könnte. Deshalb suchen Astronomen nicht nur nach Planeten bei anderen Sternen, sondern inzwischen auch nach Planeten mit Monden. Das wirft die Frage auf, bei welchen Planeten es sich am meisten lohnt, wertvolle Beobachtungszeit für die Suche nach solchen „Exomonden“ zu verbrauchen.

Der Mond der Erde ist in der Frühzeit des Sonnensystems durch den Zusammenstoß der Ur-Erde mit einem etwa marsgroßen Protoplaneten – von den Himmelsforschern Theia getauft – entstanden. Die Trümmer dieser Kollision – überwiegend Überreste von Theia, aber auch Teile der Erdkruste – haben eine Scheibe um die Erde gebildet, aus der sich dann der Mond gebildet hat. Seit Jahren untersuchen Astrophysiker mithilfe von Computersimulationen, wie ein solcher Zusammenprall in Abhängigkeit von Aufprallgeschwindigkeit und Auftreffwinkel abläuft.

Nakajima und ihre Kollegen haben sich bei ihren Simulationen jetzt einen anderen Aspekt vorgenommen, nämlich den Einfluss der Größe des getroffenen Planeten. Dabei zeigte sich, dass bei Planeten, deren Durchmesser oberhalb des 1,3- bis 1,6-fachen Durchmessers der Erde liegt, die ins Weltall ausgeworfene Materie nahezu vollständig verdampft. „Und in einer solchen Scheibe aus Dampf kann sich kein größerer Mond bilden“, so die Forscher. Kleinere Ansammlungen fester Materie würden durch die Reibung in der Gasscheibe abgebremst und auf den Planeten herabstürzen.

Bleibt die Frage, warum von den vier inneren Planeten unseres Sonnensystems, deren Größe unter der gefundenen Grenze liegt, lediglich die Erde einen großen Mond besitzt. „Unsere Simulationen zeigen lediglich, dass bei Planeten oberhalb des Limits keine großen Monde entstehen können“, betont Nakajima. „Das bedeutet aber nicht, dass bei allen Planeten unterhalb des Limits solche Planeten entstehen müssen.“ Ob ein solcher Mond tatsächlich entsteht, hänge von vielen weiteren Faktoren ab, etwa dem Abstand zu Zentralstern und davon, wie viele größere Körper für Zusammenstöße zur Verfügung stehen.

„Unsere Ergebnisse helfen gleichwohl dabei, geeignete Kandidaten für die Suche nach Exomonden auszuwählen“, so die Wissenschaftler. Und sie liefern auch ein Erklärung dafür, warum bislang nur einige wenige Hinweise auf Exomonde gefunden wurde: Die Suche nach solchen Begleitern erfolgte vor allem bei größeren Planeten. Das nächste Ziel der Suche nach Exomonden ist nun herauszufinden, wie häufig Systeme ähnlich der Erde mit ihrem großen Mond sind – und damit vielleicht auch Hinweise darauf zu erhalten, wie häufig Leben im Kosmos entsteht.

Bildquelle: NASA/JPL-Caltech