De maan vormde zich iets later dan eerder werd aangenomen. Toen een protoplaneet ter grootte van Mars werd vernietigd bij een botsing met de jonge aarde, een nieuw lichaam werd gemaakt van het puin dat tijdens deze botsing werd uitgeworpen, die de maan werd. Planetaire geofysici van het Duitse ruimtevaartcentrum (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR), onder leiding van Maxime Maurice, samen met onderzoekers van de Universiteit van Münster, hebben een nieuw numeriek model gebruikt om de tijd te reconstrueren waarop de gebeurtenis plaatsvond - 4,425 miljard jaar geleden. De eerdere veronderstellingen over de vorming van de maan waren gebaseerd op een leeftijd van 4,51 miljard jaar - dat, is 85 miljoen jaar eerder dan de nieuwe berekeningen onthullen. De wetenschappers hebben hun bevindingen gerapporteerd in wetenschappelijke vooruitgang .

Vier en een half miljard jaar geleden, het zonnestelsel was nog steeds chaotisch. De aarde groeide nog steeds tot haar huidige omvang, het verzamelen van materie in de vorm van zogenaamde planetesimalen. Deze waren eerder gevormd in de schijf van stof en gas rond de vroege zon. De jonge aarde consolideerde, binnen steeds heter wordt. Meer en meer, grote delen van de rotsmantel smolten en vormden een magma-oceaan. Het is in deze tijd dat de aarde de natuurlijke satelliet kreeg die er tot op de dag van vandaag omheen draait. Een enorme kosmische botsing tussen de aarde en een protoplaneet wierp steen uit de jonge aarde. Eventueel, dit puin klonterde samen om een ​​nieuw planetair lichaam te vormen - de maan.

In principe, de meeste wetenschappers zijn het eens over hoe de maan is ontstaan, maar niet over de details van het proces, en vooral niet over het tijdstip waarop het gebeurde. "De resultaten van onze laatste modellering suggereren dat de jonge aarde ongeveer 140 miljoen jaar na de geboorte van het zonnestelsel 4,567 miljard jaar geleden werd geraakt door een protoplaneet, " zegt Maxime Maurice, een samenvatting van de onderzoeken van het team. "Volgens onze berekeningen dit gebeurde 4,425 miljard jaar geleden - met een onzekerheid van 25 miljoen jaar - en de maan werd geboren."

In die tijd, De aarde had zich net ontwikkeld tot een planeet. Tijdens deze ontwikkeling is de zware metalen onderdelen zonken naar het midden en vormden een kern van ijzer en nikkel, die was omgeven door een dikke mantel van silicaatgesteenten. De mantelgesteenten werden steeds heter door het proces van aanwas en het verval van radioactieve elementen. Hierdoor kon de scheiding van metalen en silicaten binnen enkele tientallen miljoenen jaren plaatsvinden in het binnenste van de aarde.

Een planetaire roos veroorzaakte de vorming van de maan

In dit stadium, De aarde werd getroffen door Theia, een protoplaneet die misschien zo groot was als Mars. Theia was een van de Titanen in de Griekse mythologie, en de moeder van de maangodin Selene. In de begindagen van het zonnestelsel, er zouden veel van dit soort lichamen zijn geweest. Sommige werden uit het zonnestelsel geworpen, terwijl anderen werden vernietigd door botsingen met andere lichamen. Theia, echter, raakte de aarde en veroorzaakte het uitwerpen van zo'n grote hoeveelheid materiaal uit de mantel van de planeet dat de maan zich daaruit kon vormen. Tijdens deze gewelddadige impact, een duizenden kilometers diepe magma-oceaan gevormd. Vandaag, geen sporen van Theia blijven na deze botsing.

Om te reconstrueren hoe de vorming van de maan door deze gebeurtenis werd veroorzaakt, vereist veel verbeeldingskracht en creativiteit. De botsing van de twee lichamen, met zijn enorme energie, verdampte ook een grote hoeveelheid gesteente uit de vroege aardmantel. Dit werd uitgeworpen en verzameld in een ring van stof rond de aarde voordat het daar weer in elkaar werd gezet om gesteente te vormen. "Van dit, de maan werd in korte tijd gevormd, waarschijnlijk over een paar duizend jaar, " legt Doris Breuer uit, Hoofd van de afdeling Planetaire Fysica van het DLR Institute of Planetary Research en een co-auteur van de studie.

De oudste maansteen is niet oud genoeg

Wetenschappers zijn het grotendeels eens over de geschiedenis van de vorming van de maan. Echter, ze hebben het niet precies kunnen dateren, aangezien geen van de maanstenen die door de astronauten van de zes Apollo-missies en de drie Sovjet Luna-robotmissies naar de aarde zijn gebracht, rechtstreeks de leeftijd van de natuurlijke satelliet van de aarde registreren. Onderzoekers van DLR en de Universiteit van Münster hebben met behulp van een nieuwe, indirecte methode. "Onze berekeningen laten zien dat dit hoogstwaarschijnlijk gebeurde aan het einde van de vorming van de aarde, " zegt Sabrina Schwinger, een andere co-auteur van de studie, beschrijving van de chronologische volgorde van gebeurtenissen.

Het was niet alleen de aarde die in haar vroege jeugd een oceaan van magma had. Energie gewonnen uit accretie leidde ook tot de vorming van een magma-oceaan op de maan. De maan smolt bijna volledig en, vergelijkbaar met de aarde, werd bedekt door een magma-oceaan van meer dan 1000 kilometer diep. Deze magma-oceaan begon snel te stollen en vormde een korst van drijvende, lichtgewicht kristallen aan de oppervlakte - de 'interface' met de koude ruimte. Maar onder deze isolerende korst, die de verdere afkoeling en stolling van de magma-oceaan vertraagde, de maan bleef lange tijd gesmolten. Tot nu, wetenschappers konden niet bepalen hoe lang het duurde voordat de magma-oceaan volledig kristalliseerde, daarom konden ze niet concluderen wanneer de maan oorspronkelijk werd gevormd.

Om de levensduur van de magma-oceaan van de maan te berekenen, de wetenschappers gebruikten een nieuw computermodel, die, Voor de eerste keer, uitgebreid ingegaan op de processen die betrokken zijn bij het stollen van het magma. "De resultaten van het model laten zien dat de magma-oceaan van de maan een lange levensduur had en bijna 200 miljoen jaar nodig had om volledig te stollen tot mantelgesteente, " zegt Maxime Maurice. "De tijdschaal is veel langer dan berekend in eerdere studies, ", voegt DLR-collega Nicola Tosi toe, tweede auteur van de studie en adviseur van Maxime Maurice's Ph.D. stelling, die de basis vormde voor dit beknopte wetenschappelijke rapport. "Oudere modellen gaven een stollingsperiode van slechts 35 miljoen jaar."

Solidificatiemodellen onthullen de leeftijd van de maan en de aarde

Om de leeftijd van de maan te bepalen, de wetenschappers moesten nog een stap verder gaan. Ze berekenden hoe de samenstelling van de magnesium- en ijzerrijke silicaatmineralen die gevormd werden tijdens het stollen van de magma-oceaan in de loop van de tijd veranderde. De onderzoekers ontdekten een drastische verandering in de samenstelling van de resterende magma-oceaan naarmate de stolling vorderde.

Deze bevinding is belangrijk omdat het de auteurs in staat stelde de vorming van verschillende soorten gesteente op de maan te koppelen aan een bepaald stadium in de evolutie van zijn magma-oceaan. "Door de gemeten samenstelling van de rotsen van de maan te vergelijken met de voorspelde samenstelling van de magma-oceaan uit ons model, konden we de evolutie van de oceaan traceren tot aan het beginpunt, het tijdstip waarop de maan werd gevormd, " legt Sabrina Schwinger uit.

De resultaten van de studie laten zien dat de maan 4,425 ± 0,025 miljard jaar geleden werd gevormd. De exacte leeftijd van de maan komt opmerkelijk overeen met een leeftijd die eerder is bepaald voor de vorming van de metalen kern van de aarde met de uranium-loodmethode, het punt waarop de vorming van planeet Aarde werd voltooid. "Dit is de eerste keer dat de leeftijd van de maan direct kan worden gekoppeld aan een gebeurtenis die plaatsvond aan het einde van de vorming van de aarde, namelijk de vorming van de kern, ", zegt Thorsten Kleine van het Instituut voor Planetologie van de Universiteit van Münster.