De maan groeide uit twee aardes

Na een botsing tussen de vroege aarde en een planeet die daar erg op leek, ontstond waarschijnlijk de maan.

De aarde komt op, gezien vanaf de maan. De foto komt van de Japanse maansatelliet Kaguya die op 7 november 2007 op 100 km hoogte rond de maan cirkelde. De zuidpool staat van hier uit gezien ‘boven’. Foto JAXA/NHK

De maan kan heel goed zijn ontstaan uit de botsing van de aarde met een kleine planeet met een ‘aardse’ samenstelling. Dat is de uitkomst van nieuwe computerberekeningen. Dit resultaat kan oude wetenschappelijke ruzies over het ontstaan van de maan beslechten.

De maan ontstond ruim 4 miljard jaar geleden – 150 miljoen jaar na de aarde. Hij is verrassend groot. Ten opzichte van de planeetomvang is onze maan de grootste satelliet uit het zonnestelsel. Uit analyses blijkt dat aarde en maan opvallend gelijk zijn in hun chemische ‘vingerafdrukken’.

Volgens de huidige inzichten is de aarde ontstaan uit een reeks botsingen tussen rotsachtige ‘proto-planeten’. Bij de laatste grote botsing werd puin en stof de ruimte ingeblazen dat vervolgens is samengeklonterd tot de maan. De berekeningen laten zien dat de maan dan grotendeels moet zijn ontstaan uit puin van de inslaande, kleinere planeet.

Op het eerste gezicht lijkt het onwaarschijnlijk dat deze op de aarde botsende proto-planeet, die ongeveer zo groot moet zijn geweest als de huidige planeet Mars, bijna dezelfde samenstelling had als de aarde. De diverse leden van ons zonnestelsel – van meteorieten tot planeten – zijn namelijk flink verschillend. Zo’n botsing met een aardachtige planeet kan echter wel veel aspecten van het aarde-maanstelsel verklaren. De kans op een botsing met een proto-planeet van gelijke samenstelling werd tot nu toe op ongeveer twee procent geschat.

In een vandaag in Nature verschenen publicatie komen astrofysicus Alessandra Mastrobuono-Battisti en haar collega’s echter tot een andere conclusie. Met computersimulaties hebben zij het ‘groeiproces’ van de binnenste planeten van ons zonnestelsel nagebootst. Uitgangspunt was een populatie van een paar duizend proto-planeten.

De berekeningen laten zien dat er, na een groot aantal onderlinge botsingen, uit zo’n populatie binnen ruwweg 150 miljoen jaar drie à vier rotsachtige planeten ontstaan. In dat opzicht lijken die namaak-zonnestelsels veel op het onze.

Maar hoe zit het met de chemische samenstelling van elke planeet en van zijn laatste grote belager? Die blijkt in ongeveer twintig procent van de gevallen ongeveer gelijk te zijn – tien keer zo vaak als eerdere, minder verfijnde berekeningen suggereerden.

Dat de aarde een maan van vergelijkbare samenstelling heeft, is dus minder onbegrijpelijk dan tot nu toe werd aangenomen. Maar daarmee is de botsingstheorie nog geen uitgemaakte zaak.

Twee andere artikelen over de samenstelling van de maan die ook vandaag in Nature verschenen benadrukken dat nog eens. In deze publicaties richten Duitse, Franse en Amerikaanse wetenschappers hun pijlen op het metaal wolfraam.

Er zijn sterke aanwijzingen dat de maan en – vooral – de aarde ook na de laatste grote inslag materiaal uit hun omgeving hebben opgeveegd. Dit materiaal was rijk aan wolfraam, maar bevatte relatief weinig van het isotoop wolfraam-182. Je zou dus verwachten dat de aarde naar verhouding minder van deze isotoop bevat dan de maan.

Nieuw onderzoek van gesteenten van maan en aarde bevestigt dit vermoeden. Maar vastgesteld is ook dat het kleine verschil in samenstelling volledig kan worden toegeschreven aan de verschillende hoeveelheden materiaal die aarde en maan later hebben verzameld. Anders gezegd: onmiddellijk na de inslag zouden maan en aarde precies evenveel wolfraam-182 hebben bevat.

Dat lijkt de botsingstheorie te bevestigen, maar deze wetenschappers benadrukken dat heel precies dezelfde samenstelling erg onwaarschijnlijk is.

Zij zien meer in een aangepast scenario. Het bij de laatste grote botsing opgeworpen materiaal, afkomstig van de aarde en haar belager, zou al vóór de vorming van de maan grondig zijn vermengd. Dat zou zowel de globale overeenkomsten tussen de samenstellingen van maan en aarde kunnen verklaren, als het kleine, later ontstane verschil in wolfraam-182. Zelfs zeer geringe onderlinge verschillen zouden al tot wolfraam-182-waarden hebben geleid die afwijken van de nu gevonden waarden, schrijven de onderzoekers.