Kollision der Erde mit dem Protoplaneten Theia. Geheimnisvoller Planet Theia
Nach dieser Theorie entstand Theia wie andere Planeten im Sonnensystem vor 4,6 Milliarden Jahren und hatte eine ähnliche Größe wie der Mars.
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Der Weltraum, wie er sich ein Künstler vorgestellt hat
©NASA
Neptun war einst einer der hypothetischen Planeten: Astronomen sagten seine Existenz voraus, obwohl er für Teleskope lange Zeit unsichtbar blieb. Viele Hypothesen wurden widerlegt, andere warten noch auf Bestätigung.
Planet X
Zu Beginn des 19. Jahrhunderts sagten Astronomen mithilfe der Newtonschen Gesetze die Existenz eines anderen Planeten voraus, dessen Gravitationskraft die Flugbahn von Uranus beeinflusste. Es stellte sich heraus, dass es Neptun war. Allerdings reichte seine Masse nach Berechnungen der Wissenschaftler nicht aus, um die Umlaufbahn des Uranus zu erklären.
Es hätte einen weiteren, neunten Planeten im Sonnensystem geben sollen, den der amerikanische Astronom Percival Lowell Planet X taufte. Die Suche nach dem mysteriösen Planeten war jedoch nicht erfolgreich. Selbst die spätere Entdeckung von Pluto hatte nicht genügend Masse, um den nötigen Einfluss auf die Umlaufbahn des Uranus auszuüben.
Die Suche nach Planet X endete erst 1989, als die Raumsonde Voyager 2 die Masse von Neptun genau maß. Es stellte sich heraus, dass sein Wert viel größer war als von Wissenschaftlern vorhergesagt, was die Verschiebung der Umlaufbahn von Uranus vollständig erklärte.
©NASA, ESA und G. Bacon (STScI)
Planet zwischen Mars und Jupiter
Im 16. Jahrhundert machte Johannes Kepler auf die große Lücke zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter aufmerksam. Seiner Annahme zufolge hätte sich darin ein anderer Planet verstecken sollen. Viele Astronomen unterstützten seine Annahme.
Die Umlaufbahn des unsichtbaren Planeten wurde genau berechnet und Wissenschaftler suchten mit ihren Teleskopen systematisch den Himmel danach ab. Im Jahr 1801 wurde tatsächlich ein Himmelsobjekt entdeckt, dessen Umlaufbahn mit der vorhergesagten übereinstimmte, dessen Größe sich jedoch als zu klein für einen vollwertigen Planeten herausstellte.
Die Rede ist von Ceres, die lange Jahre als Asteroid eingestuft. Derzeit gilt er wie Pluto als Zwergplanet.
Eine künstlerische Darstellung von Wasserdampf auf Ceres
©IMCCE-Observatoire de Paris/CNRS/Y.Gominet, B. Carry
Theia
Theia ist ein hypothetischer Planet von ähnlicher Größe wie der Mars, dessen Kollision mit der Erde vor 4,4 Milliarden Jahren zur Entstehung des Mondes führte.
Der Name wurde ihm vom englischen Geochemiker Alex Halliday zu Ehren des Titanids gegeben, das ihm zufolge geboren wurde griechische Mythologie Selene – Göttin des Mondes.
Man muss zugeben, dass der Ursprung des natürlichen Erdtrabanten für Wissenschaftler immer noch ein Rätsel bleibt. Die Theorie einer riesigen Kollision zwischen der Erde und Theia ist eine der wahrscheinlichsten Hypothesen. Es gibt jedoch noch andere.
Es ist beispielsweise möglich, dass Erde und Mond bei der Geburt als Paar entstanden sind Sonnensystem, oder der Mond wurde durch Gravitationskräfte zu unserem Planeten gezogen.
©NASA
Vulkan
Uranus war nicht der einzige Planet, dessen Flugbahn nicht den theoretischen Vorhersagen entsprach. Eine anomale Verschiebung im Perihel von Merkur, die 1859 entdeckt wurde, veranlasste Astronomen, nach einem hypothetischen Planeten Vulcan in der Umlaufbahn des kleinsten Mitglieds der Planetenfamilie zu suchen.
Diese Aufgabe war aufgrund der Helligkeit sehr schwierig Sonnenlicht. Viele Wissenschaftler haben genommen dunkle Flecken auf der Sonne für den mysteriösen Vulkanier.
Das Problem wurde erst 1915 dank Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie (GTR) gelöst. Aufgrund der Anpassungen der Allgemeinen Relativitätstheorie an den Berechnungen der Merkurbahn entfiel die Notwendigkeit eines zusätzlichen Planeten.
©listverse.com
Phaeton
Die Entdeckung des zweiten großen Asteroiden, Pallas, am nächstes Jahr Nach der Entdeckung von Ceres kam der deutsche Astronom Heinrich Olbers zu der Annahme, dass es sich bei beiden Asteroiden um Fragmente eines antiken Planeten handelte, der durch eine Kollision mit einem Kometen zerstört wurde.
Aber in diesem Fall hätten sich zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter noch viel mehr Fragmente des zerstörten Planeten befinden müssen. Die Entdeckung von Juno und Vesta einige Jahre später bestätigte diese Hypothese. Der antike Planet wurde zu Ehren des mythologischen Sohnes des Sonnengottes, der im Streitwagen seines Vaters verunglückte, Phaeton getauft.
Allerdings ist die Masse aller Körper im Asteroidengürtel zu gering für einen Planeten. Darüber hinaus unterscheiden sich die Asteroiden selbst stark voneinander, sodass die meisten Wissenschaftler davon ausgehen, dass der Asteroidengürtel durch die Anziehung kleiner Fragmente entstanden ist.
Planet V
Ein weiterer hypothetischer Planet, der vor 4 Milliarden Jahren zwischen dem Asteroidengürtel und dem Mars existiert haben sollte. Es wurde von den NASA-Spezialisten Jack Lisso und John Chambers vorhergesagt.
Ihren Berechnungen zufolge war die Umlaufbahn von Planet V äußerst instabil und exzentrisch. Der fünfte Planet sollte durch Meteoritenbeschuss sterben und schließlich in die Sonne fallen. Sein Tod hat jedoch nichts mit der Entstehung des Asteroidengürtels zu tun.
Künstlerische Darstellung des Planeten von der Oberfläche aus
©NASA
Fünfter Gasriese
Eine Erklärung für den Meteoritenbeschuss, der viele Krater auf dem Mond und auf mehreren Planeten verursachte, liefert das sogenannte Nizza-Modell (es wurde 1990 entwickelt). berühmte Stadt an der französischen Riviera).
Nach diesem Modell waren die Umlaufbahnen der äußeren Gasriesen Saturn, Uranus und Neptun zunächst deutlich kleiner. Nach der Zerstreuung des Protoplanetaren Gasscheibe Diese Planeten haben sich an ihre jetzige Position bewegt.
Die Planetenwanderung erklärt erfolgreich viele im Sonnensystem entdeckte Phänomene, erfordert jedoch das Auftreten eines zusätzlichen Gasriesen. Wissenschaftlern zufolge wurde Planet V infolge kosmischer Katastrophen schließlich aus dem Sonnensystem geschleudert.
Theia ist ein hypothetischer Planet, der laut der Rieseneinschlagstheorie vor 4,6 Milliarden Jahren entstand (zusammen mit anderen Planeten des Sonnensystems). Es wird angenommen, dass seine Kollision mit der Erde zur Entstehung des Mondes führte. Vermutlich bewegte sich auch Theia entlang der Erdumlaufbahn, doch irgendwann wechselte es unter dem Einfluss der Gravitationskräfte der Erde und der Sonne auf eine chaotische Umlaufbahn, näherte sich unserem Planeten in kritischer Entfernung und stürzte buchstäblich mit ihm zusammen.
Da die Kollision nahezu tangential und mit relativ geringer Geschwindigkeit erfolgte, wurde der größte Teil der Substanz des getroffenen Himmelskörpers und ein Teil der Substanz des Erdmantels in eine erdnahe Umlaufbahn geschleudert. Aus diesen Trümmern entstand der Mond, der begann, sich auf einer Kreisbahn zu drehen. Durch die Kollision erhielt unser Planet einen starken Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit und eine spürbare Neigung der Rotationsachse. Computersimulationen zeigten die Möglichkeit eines solchen Szenarios, bei dem der Mond innerhalb von hundert Jahren nach dem Rieseneinschlag seine Kugelform annahm.
Die Rieseneinschlagsversion erklärt gut den erhöhten Drehimpuls des Erde-Mond-Systems sowie den geringeren Eisengehalt in unserem Satelliten, da angenommen wird, dass der Einschlag nach der Bildung des Erdkerns erfolgte. Zwar lässt sich derzeit nicht beweisen, dass bereits vor 4,5 Milliarden Jahren ein schwerer Eisenkern auf den Planeten freigesetzt und ein Silikatmantel gebildet wurde. Im Allgemeinen widerspricht diese Theorie nicht fast allen bekannten Informationen darüber chemische Zusammensetzung und die Struktur des Mondes. Das einzige grundlegende Problem ist die Erschöpfung des natürlichen Erdtrabanten an flüchtigen Elementen.
Während der Ära amerikanischer Mondexpeditionen in den 1960er und 1970er Jahren wurden Mondbodenproben auf unseren Planeten geliefert, anhand derer die geochemischen Eigenschaften des Satelliten untersucht wurden. Einige Details dieser geochemischen Analyse lassen jedoch Zweifel an der Hypothese einer Kollision der Erde mit einem Protoplaneten aufkommen. Die chemische Untersuchung der Proben ergab keine Hinweise darauf Flüchtige Verbindungen, noch irgendwelche leichten Elemente.
Es wird angenommen, dass sie alle während der extrem starken Hitze, die mit der Bildung dieser Gesteine einherging, einfach verdampften. Der Version der Kollision zufolge entstand der Mond jedoch durch den Ausstoß geschmolzener Materie in eine erdnahe Umlaufbahn. Und selbst wenn wir davon ausgehen, dass ein Teil dieser Substanz dies könnte dieser Moment verdampfen, doch beim Verdampfen geht das leichte Isotop immer dem schweren voran, was bedeutet, dass sich die verbleibende Substanz mit dem schweren Isotop des verlorenen Elements angereichert haben müsste. Gleichzeitig wurden in der Mondsubstanz keine Spuren einer Isotopenfraktionierung flüchtiger Elemente gefunden. Darüber hinaus würde laut dem NASA-Ames-Center-Wissenschaftler Jack J. Lissauer der größte Teil des bei einer Kollision mit einem Protoplaneten ausgestoßenen Materials auf die Erde zurückfallen. Er glaubte:
„Der Prozess der Ansammlung von Materie in der nach dem Einschlag entstandenen „Mondscheibe“ konnte nicht mit großer Effizienz ablaufen. Um den Mond zu bilden, muss viel mehr Material in die Umlaufbahn und in eine größere Entfernung von der Erde geschleudert worden sein als bisher angenommen.“ Ein weiterer wichtiger Umstand ist die Identität des Verhältnisses von Sauerstoffisotopen in Erd- und Mondgesteinen, was, wie oben erwähnt, auf die Entstehung von Mond und Erde im gleichen Abstand von der Sonne hinweist. Wie passt dies in die allgemein anerkannte Kollisionstheorie? Tatsächlich müsste sich in diesem Fall ein Planet von der Größe des Mars auf derselben Umlaufbahn wie die Erde bewegen und in diesem Zustand viele Millionen Jahre vor der berüchtigten Kollision existieren. Somit ist auch die oben beschriebene Version des Ursprungs des Mondes nicht ohne gravierende Mängel. Die Untersuchung von Mondgesteinsproben, die von der amerikanischen Raumsonde Apollo und sowjetischen unbemannten Sonden geliefert wurden, brachte völlig unerwartete Ergebnisse. Es stellte sich heraus, dass die auf der Mondoberfläche gesammelten Gesteine viel älter sind als die von Wissenschaftlern auf der Erde entdeckten. 
Insbesondere Proben vom Mond werden auf ein Alter von 4,5 Milliarden Jahren geschätzt, was sehr nahe am Alter unseres Sonnensystems liegt. Daher können Sie durch die Untersuchung des Mondes viel über die frühesten Episoden in der Geschichte unseres Planeten erfahren. Die Oberfläche unseres Satelliten ist mit Kratern übersät, die auf einen starken Meteoritenbeschuss hinweisen. Dies lässt vermuten, dass unser Planet in den ersten 700 Millionen Jahren der Existenz des Sonnensystems aufgrund seines stärkeren Gravitationsfeldes einem noch stärkeren Angriff ausgesetzt war als der Mond selbst. Aber die aktiven geologischen Prozesse auf der Erde, die darauf folgten, verbargen uns alle Beweise für diesen großflächigen Meteoriteneinschlag völlig.
Der ständige und einzige Satellit der Erde hat einen wichtigen Einfluss auf viele Ereignisse auf unserem Planeten. Da hat der Mond genug große Masse und nicht so weit von der Erde entfernt ist, können wir die Gravitationswechselwirkung zwischen ihnen beobachten. Dies äußert sich in Form von Ebbe und Flut, die nicht nur an den Küsten von Ozeanen oder Meeren, sondern auch in geschlossenen Stauseen und der Erdkruste zu verzeichnen sind.
Unter dem Einfluss der Schwerkraft laufen Wellen über die Erdoberfläche, die die Erdhülle etwa 50 cm in Richtung Mond dehnen. Dies führt nicht nur zu periodischen Schwankungen des Meeresspiegels, sondern auch zu Veränderungen der magnetischen Eigenschaften Erdatmosphäre. In der frühesten Periode der Geschichte unseres Planeten, als sich der junge Mond nur wenige Zehntausend Kilometer von der Erde entfernt befand, war sein Einfluss offenbar noch bedeutender. Es waren die starken Gezeitenkräfte, die die Rotation verlangsamten und das Innere des Planeten erhitzten.
Ob die Erde tatsächlich mit dem mythischen Protoplaneten Theia kollidierte, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen. Doch wie Wissenschaftler glauben, trug die Schwerkraft des Mondes zur aktiven vulkanischen Aktivität und zur Entstehung der primären Basaltschicht der Erde bei. Der einzige Satellit glättet die Schwingungen der Erdachse und macht das Klima auf dem Blauen Planeten für die Entwicklung lebender Organismen günstiger.
In der gleichen Umlaufbahn wie die Erde. Nach der Theorie des Rieseneinschlags führte die Kollision mit der Erde zur Entstehung des Mondes. Es existierte wahrscheinlich Hunderte von Millionen Jahren von der Entstehung des Sonnensystems (~ 4,6 Gigalets) bis zum Moment der Kollision mit der Erde (~ 4,5 Gigalets).
Das Objekt entstand am Lagrange-Punkt (L4 oder L5) im Zweikörpersystem Erde-Sonne. Die Masse von Theia entsprach ungefähr 1/10 der Erde. Der Planet ist nach der Titanin Theia benannt – der Mutter von Selene (Göttin).
Einigen planetesimalen Daten zufolge existierte Theia wahrscheinlich 30–50 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems und kollidierte vor 4,53 Gigalet (Milliarden Jahren) mit der Protoerde. Den Ergebnissen zufolge vergleichende Analyse Verteilung der Rubidium- und Strontiumisotope auf Mond und Erde, die 2008 durchgeführte Kollision ereignete sich bei 4,48 ± 0,02? Gigalet. Letzte Nummer stimmt gut mit dem Datum von 4,46 ± 0,04 Gigalet überein, das zuvor aufgrund des Bleiverlusts und der Bildung der Mondkruste ermittelt wurde. Somit könnte Theia 70–110 Megajahre (Millionen Jahre) existieren.
Die Proto-Erde hatte zum Zeitpunkt der Kollision bereits nahezu moderne Masse. Die Anfangsgeschwindigkeit der Kollision war im astronomischen Sinne unbedeutend – 4 km/s. Der Einfallswinkel von Theia war spitz, etwa 45°. Der Eisenkern von Theia sank in Richtung Erdkern, während der größte Teil des Erdmantels und ein erheblicher Teil des Erdmantels in den Weltraum geschleudert wurden, wo sie eine Akkretionsscheibe bildeten. Aus der Akkretionsscheibe entstand in sehr kurzer Zeit (innerhalb eines Jahrhunderts, vielleicht sogar eines Monats) der Satellit des Planeten, der Mond.
Die Konvergenz und Kollision von Theia und der Erde sowie die Entstehung des Mondes.
Computersimulationen zeigen das an den Trojanischen Lagrange-Punkten des Erde-Mond-Systems lange Zeit Vor 100 Megalithen könnten bedeutende Körper oder Ansammlungen von Trümmern existiert haben.
Durch die Kollision erhielt die Erde einen erheblichen Drehimpuls; der Tag dauerte etwa fünf Stunden. Anschließend verlangsamte sich die Rotation der Erde aufgrund der Entfernung des Mondes auf die bisherigen 24 Stunden am Tag.
Entsprechend moderne Ansichten Die Isotopenverteilung der Planeten hängt maßgeblich von der Entfernung zur Sonne ab. Der Mond und die Erde, die eine ähnliche Isotopenverteilung aufweisen, könnten sich nicht auf unterschiedlichen Umlaufbahnen gebildet haben, aber die Tatsache, dass es auf Sputnik keine schweren Elemente gab, war schwer durch die gleichzeitige Bildung beider Körper auf derselben Umlaufbahn zu erklären.
Die „Big Impact“- oder „Big Splash“-Hypothese wurde erstmals 1975 von einer Gruppe amerikanischer Astrophysiker Al Cameron, William Ward und William Hartmann aufgestellt. Daher war es relativ einfach, das nahezu vollständige Fehlen schwerer Elemente wie Eisen auf dem Satelliten zu rechtfertigen. Das resultierende Objekt muss jedoch eine deutlich andere Zusammensetzung haben, und der neu entstandene Mond hätte eine andere Isotopenzusammensetzung gehabt, beispielsweise Sauerstoffisotope.
Der Herkunftsort von Theia blieb lange erhalten Schwachstelle Theorien. Im neu entstandenen Sonnensystem gab es keine Orte, an denen sich ein so bedeutendes Objekt wie Theia mit einer erdähnlichen Isotopenzusammensetzung bilden konnte. Denn um eine solche Masse anzusammeln, musste eine gewisse Existenzdauer in einer stabilen Umlaufbahn vergehen. Im Jahr 2004 zeigten zwei Forscher der Princeton University, Richard Gott und Edward Balbruno, anhand von Computermodellen, dass sich an einem der trojanischen Lagrange-Punkte, die 60° von der Erde entfernt sind, ein Planetoid bilden könnte, der genügend Zeit hätte, zum Mars heranzuwachsen Masse.
Nach etwa hundert Millionen Jahren wurde das Objekt vom Riesen erschüttert, näherte sich allmählich und kollidierte mit geringer Geschwindigkeit mit der Erde. Da sowohl die Erde als auch Theia auf derselben Umlaufbahn entstanden sind, ist ihre Isotopenzusammensetzung ähnlich.
Am 25. Februar 2011 wurde die Entdeckung zweier Planeten in derselben Umlaufbahn im Planetensystem KOI-730 bekannt gegeben. Beide Planeten befinden sich relativ zueinander an trojanischen Punkten.
Die Existenz solcher Objekte ist eine weitere Bestätigung der Plausibilität von Theias Existenz. Den Bahnberechnungen zufolge werden beide Planeten für mindestens die nächsten 2,2 Millionen Jahre stabile Umlaufbahnen haben.
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- 11:27, 6. Juni 2014
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Wissenschaftler sind schließlich davon überzeugt, dass der Mond als Ergebnis der sogenannten Riesenkollision vor 4,5 Milliarden Jahren zwischen der Proto-Erde und einem anderen Protoplaneten von etwa der Größe des Mars entstanden ist. Obwohl diese Hypothese über den Ursprung des Mondes schon immer vorherrschte, wurden bisher keine unbestreitbaren Beweise dafür vorgelegt.
Von den mehr als eineinhalbhundert Monden im Sonnensystem wird angenommen, dass nur unser Mond einen eigenen, besonderen Ursprung hat. Andere natürliche Satelliten stellen entweder außerirdische Planetesimale dar oder wurden gleichzeitig mit ihren Mutterplaneten aus derselben Akkretionsscheibe geboren. Viele Anzeichen, wie der geringe Gehalt an Wasser und anderen flüchtigen Elementen auf dem Mond, ein sehr kleiner Kern, sein Drehimpuls ähnlich dem der Erde und andere, zwangen die Wissenschaftler jedoch, ein anderes Szenario für sein Auftreten vorzuschlagen – das Giant Impact-Szenario.
Das Problem bestand darin, dass jeder Planet im Sonnensystem seine eigene Isotopenzusammensetzung hat. Daher wäre es vernünftig, für diesen Protoplaneten, der Theia genannt wurde, eine andere Isotopenzusammensetzung als die der Erde anzunehmen.
Vielen Berechnungen zufolge trug Theia zwischen 70 und 90 % ihrer Masse zur Entstehung des Mondes bei. Zwar gibt es auch andere Versionen, denen zufolge Theia die Erde zu tangential traf, ihr ein großes Stück Masse entriss und dann irgendwohin flog, und sie gab nicht mehr als 8 % ihrer Substanz an den Mond ab. Eine weitere Schwierigkeit bestand darin, dass Theia beim Aufprall auf die Protoerde bis zu 50 % seiner Isotopensignatur an diese abgeben konnte, sodass die Suche nach Unterschieden noch schwieriger wurde.
Aber so oder so wurden bisher keine Isotopenunterschiede in Mond- und Erdböden entdeckt.
Allerdings schienen sie es genau zu messen, bis auf fünf Teile pro Million.
Eine neue Anlage an der Universität Göttingen ermöglichte es Forschern, die Isotopenzusammensetzung von Materialien viel genauer zu messen. Nachdem sie beschlossen hatten, Mond- und Erdbasalte darauf zu vergleichen, verwendeten die Wissenschaftler zunächst die Substanz von Mondmeteoriten, stellten jedoch keinen Unterschied zu Erdmaterialien fest: Ihrer Meinung nach waren himmlische Außerirdische vom Mond während ihres Aufenthalts auf unserem Planeten ziemlich stark mit lokalem Material kontaminiert Isotope. Daher bestand ihr nächster Schritt darin, Mondbodenproben zu untersuchen, die von drei Expeditionen der Apollo-Mission zur Erde gebracht wurden.
Wissenschaftler haben ihre Aufmerksamkeit auf Sauerstoffisotope gerichtet.
Infolgedessen war der Sauerstoff-17-Gehalt in allen drei vom Mond gebrachten Proben um 9 Hunderttausendstel Prozent höher als in terrestrischen Proben.
„Dieser Unterschied ist sehr gering, aber er ist da“, sagt Daniel Herwardz, der die Studie leitet. „Erstens können wir mit Sicherheit sagen, dass der Giant Impact tatsächlich stattgefunden hat.“ die Gelegenheit, etwas über die Geochemie von Theia zu sagen. Das nächste Ziel besteht darin, herauszufinden, wie viel Material der Mond tatsächlich von Theia erhalten hat.
Hervardts glaubt nicht an 70-90 %. Er glaubt, dass der Mond höchstwahrscheinlich 50/50 von der Erde und Theia geerbt hat, wie es von den Eltern geerbt werden sollte.
Und schließlich bleibt die Frage unbeantwortet: Wohin ging Theia nach der Kollision, was geschah mit ihr, starb sie bei nachfolgenden Kollisionen, fiel sie auf einen Jupiter oder wurde Teil eines seit langem bekannten Planeten.
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