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Donnerstag, 29.09.2016
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Mond: Protoplaneten-Einschlag schuf Mare Imbrium

Impaktor war doppelt so groß und zehnmal so schwer als bisher angenommen

Sturzflug eines Giganten: Der Einschlag, der das lunare Mare Imbrium schuf, war doppelt so groß und zehnmal so schwer wie bisher angenommen – dafür sprechen geologische Spuren auf dem Mond und ein Laborexperiment. Mit einer Größe von rund 250 Kilometern war der Impaktor demnach bereits ein richtiger Protoplanet, wie Forscher im Fachmagazin "Nature" berichten. Seine Bruchstücke könnten zum heftigen Einschlagsregen vor 3,8 Milliarden Jahren beigetragen haben.
Das Mare Imbrium - die große dunkle Senke links oben – entstand durch den Einschlag eines Protoplaneten.

Das Mare Imbrium - die große dunkle Senke links oben – entstand durch den Einschlag eines Protoplaneten.

Das lunare Mare Imbrium ist von der Erde aus gut als dunkles, rechtes Auge des "Mann im Mond" zu erkennen. Mit einem Durchmesser von gut 1.100 Kilometern ist es nach dem Oceanus Procellarum das zweitgrößte Mare des Mondes. Geschaffen wurde das Mare Imbrium durch einen gewaltigen Einschlag vor rund 3,8 Milliarden Jahren. Darauf deuten unter anderem kreisförmige Randwälle aus ausgeschleuderten Brocken und speichenartig nach außen laufende Gräben hin. Sie sprechen dafür, dass der in flachen Winkel einschlagende Asteroid einst aus dem Nordwesten gekommen sein muss.

Rätsel um "falsch" ausgerichtete Furchen


Doch es gibt auch Furchenstrukturen im Mare Imbrium, die bisher nicht ins Bild passten. Ihre Ausrichtung wich von der der anderen Einschlagsspuren ab. "Dieser zweite Satz von Gräben war ein echtes Rätsel", erklärt Peter Schultz von der Brown University in Providence. "Keiner wusste so recht, woher diese Strukturen kamen."

Um herauszufinden, was diese rätselhaften Strukturen verursacht haben könnte, stellten Schultz und sein Kollege David Crawford von den Sandia National Laboratories den urzeitlichen Mond-Einschlag im Labor nach. Sie nutzten dafür eine Anlage der NASA, die Projektile mit einer Spezialkanone auf 25.000 Kilometer pro Stunde beschleunigt und auf eine von Hochgeschwindigkeits-Kameras überwachte Zielplatte schießt.


Im Experiment (oben) und im Computermodell erzeugte Impaktstrukturen sprechen für ein Abplatzen von Fragmenten noch vor der Kraterbildung.

Im Experiment (oben) und im Computermodell erzeugte Impaktstrukturen sprechen für ein Abplatzen von Fragmenten noch vor der Kraterbildung.

Riefen durch abgeplatzte Bruchstücke


Dabei zeigte sich: Erfolgt der Einschlag im flachen Winkel, wie im Mare Imbrium einst der Fall, dann brechen bereits beim ersten Berühren des Impaktors auf der Oberfläche erste Brocken von ihm ab. Der Krater jedoch entsteht erst weiter hinten, dort, wo sich das einschlagende Objekt endgültig in den Untergrund bohrt, wie die Forscher berichten.

"Das Entscheidende ist, dass die Riefen, die von diesen abplatzenden Brocken gemacht werden, nicht radial zum Krater verlaufen, weil sie vom Ort des ersten Kontakts kommen", sagt Schultz. "Wir sehen bei unseren Experimenten das Gleiche wie auf dem Mond: Riefen, die in abweichende Richtungen zeigen, statt zum Krater hin."

Ein Großteil dieser Fragmente blieb damals wahrscheinlich außerhalb der eigentlichen Einschlagsenke liegen. Wie die Forscher erklären, könnte ihre Präsenz möglicherweise erklären, warum die Gesteinsproben der Apollo-16-Mission einen so ungewöhnlich hohen Anteil an meteoritischen Gesteinen enthielten: Die Astronauten landeten damals zwar nicht im Mare Imbrium, sondern in einem benachbarten Hochland, aber die Fragmente des Impakts wurden auch dorthin geschleudert.

Hinweise auf Größe des Impaktors


Diese neuen Funde werfen aber auch ein ganz neues Licht auf die Größe des Brockens, der das Mare Imbrium schuf. Denn bisher ließ sich diese nur anhand von physikalischen Modellen abschätzen, Forscher kamen dabei auf nur rund 80 Kilometer. Das Wissen um die abplatzenden Fragmente aber hilft nun dabei, die Größe direkt anhand geologischer Formationen zu ermitteln.

Furchen und Gräben im Mare Imbrium: Einige zeigen nicht auf das Zentrum des Kraters - sie müssen daher von frühzeitig abgeplatzten Fragmenten stammen.

Furchen und Gräben im Mare Imbrium: Einige zeigen nicht auf das Zentrum des Kraters - sie müssen daher von frühzeitig abgeplatzten Fragmenten stammen.

Geht man davon aus, dass beim ersten Kontakt des Impaktors mit dem Monduntergrund zu beiden Seiten Fragmente abplatzen, dann müssten ihre Spuren und Bahnen in etwa die Größe des Ausgangsbrockens verraten. "Das ist die erste Schätzung für den Durchmesser des Mare Imbrium-Einschlags, die größtenteils auf den geologischen Strukturen beruht, die wir auf dem Mond sehen", sagt Schultz.

So groß wie ein Protoplanet


Den Berechnungen nach war der Impaktor rund 250 Kilometer groß – und damit mehr als doppelt so groß wie nach bisherigen Schätzungen und wahrscheinlich zehnfach schwerer. "Damit war das Objekt enorm – und groß genug, um als Protoplanet klassifiziert zu werden", sagt Schultz. "Und das ist eher eine vorsichtige Schätzung. Es ist gut möglich, dass der Brocken sogar 300 Kilometer groß war."

Auch einige andere Einschlagssenken auf dem Mond, darunter die Orientale-, Schrödinger- und Moscoviense-Becken, entstanden den neuen Berechnungen von Schultz und Crawford nach durch mindestens 100 Kilometer große Brocken. Wie die Forscher erklären spricht dies dafür, dass es im frühen Sonnensystem viele protoplanetengroße Asteroiden gab. "Die großen Becken, die wir auf dem Mond und anderswo sehen, zeugen von diesen vergangenen Giganten", so Schultz.

Bombardement von Bruchstücken


Und noch etwas ergibt sich aus den neuen Erkenntnissen: Viele Bruchstücke der urzeitlichen Mega-Einschläge könnten wieder ins All zurückgeschleudert worden sein und dort zum "Late Heavy Bombardement" beigetragen haben – der Zeit vor 3,8 bis 4 Milliarden Jahren, in denen Asteroideneinschläge im gesamten inneren Sonnensystem extrem häufig waren.

"Diese Bruchstücke der alten Riesen könnten signifikant zum Impakt-Geschehen beigetragen haben, dessen Spuren wir auf dem Mond und den terrestrischen Planeten sehen", so Schultz. (Nature, 2016; doi: 10.1038/nature18278)
(Brown University, 21.07.2016 - NPO)
 
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