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.

Beeld Dana Berry/National Geographic Creative/Corbis

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 protoplaneet.

Het was een kans van 2 procent

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 2 procent geschat.

In een 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.

De kans dat de chemische samenstelling van een planeet overeenkomt met die van zijn laatste ‘belager’ blijkt volgens de simulaties ongeveer 20 procent te zijn – tien keer zo groot 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.

Evenveel wolfraam-182

Twee andere artikelen over de samenstelling van de maan die ook 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 aarde en in geringere mate de maan ook na de laatste grote inslag materiaal uit hun omgeving hebben ‘opgeveegd’. Dit opgeveegde materiaal was rijk aan wolfraam, maar bevatte relatief weinig van het isotoop wolfraam-182. (Isotopen zijn verschillende varianten van een atoomsoort, zoals bijvoorbeeld wolfraam.) De aarde bevat relatief meer van dit ‘wolfraam-182-arme’ materiaal dan de maan, blijkt uit nieuw onderzoek, maar het is aannemelijk dat die verschillen allemaal in een later stadium zijn ontstaan. Onmiddellijk na de inslag waarbij de maan is ontstaan, hebben de maan en de aarde mogelijk precies evenveel wolfraam-182 bevat. Dat lijkt de botsingstheorie te bevestigen, al benadrukken de wetenschappers in Nature dat exact dezelfde samenstelling erg onwaarschijnlijk is.

De onderzoekers zien meer in een aangepast scenario. Het wolfraamrijke 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.