Maan ontstond na frontale botsing tussen aarde en 'Theia'

Maanstenen die verzameld zijn bij Apollo-missies wijzen erop dat de maan ontstond na een frontale botsing tussen de jonge aarde en ‘Theia’.

12 december 1972: Apollo 17-astronaut en geoloog Harrison H. Schmidt op weg naar een bijzondere rots om een monster te nemen. Foto NASA / Eugene Cernan

De aarde en de maan zijn uit min of meer hetzelfde oermateriaal gevormd. Dat concludeert een Amerikaans team na een nauwgezette vergelijking van maanstenen, die rond 1970 door Apollo-astronauten zijn verzameld, en van aardse gesteenten. Hun onderzoek is afgelopen vrijdag in Science gepubliceerd.

Het ontstaan van onze maan houdt wetenschappers al tientallen jaren bezig. Volgens de meest gangbare theorie zou de maan zijn ontstaan nadat onze planeet ongeveer 4,5 miljard jaar geleden schampend in botsing kwam met een kleinere soortgenoot, die wel Theia wordt genoemd. Maar de nieuwe gegevens van de Amerikanen geven steun aan een alternatieve theorie: de maan ontstond niet uit een schampende botsing tussen twee hemellichamen, maar uit een frontale klap.

Zuurstof, titanium en wolfraam

Onderzoek naar de botsingstheorieën draait veelal om de verhoudingen tussen de isotopen van elementen als zuurstof, titanium en wolfraam. Isotopen zijn varianten van één en hetzelfde element waarbij het aantal protonen in de atoomkern gelijk is, maar het aantal neutronen verschilt.

Tekening van planeet Theia die de vroege aarde treft. Tekening: NASA/JPL-Caltech

Als het gaat om de verhouding tussen de verschillende isotopen van het element zuurstof, hebben de maan en de aarde vrijwel dezelfde samenstelling. Dat concludeert een internationaal team van wetenschappers, onder leiding van Edward Young van de universiteit van Californië in Los Angeles.

Volgens hen betekent de sterke overeenkomst tussen de zuurstofsamenstelling van aarde en maan dat het materiaal van de oeraarde en Theia bij de botsing goed door elkaar is geklutst.

Opmerkelijk

Het nieuwe resultaat is opmerkelijk, omdat Duitse wetenschappers nog geen twee jaar geleden een artikel in Science hebben gepubliceerd waarin ze tot een heel andere conclusie kwamen.

Uit hun analyse bleek juist dat maangesteenten (iets) meer van het zuurstofisotoop 17O bevatten dan hun aardse tegenhangers. 17O wordt als een goede indicator van de oorsprong van gesteenten gezien, omdat hemellichamen relatief minder van dit isotoop bevatten naarmate zij minder massa hebben.

De Duitse onderzoekers zagen in hun bevindingen de bevestiging dat de ‘schampende botsing’ inderdaad had plaatsgevonden. Modelberekeningen die op de botsingstheorie zijn gebaseerd, laten namelijk zien dat onze maan in dat geval voor een flink deel moet bestaan uit puin dat afkomstig was van Theia. Omdat de isotopenverhoudingen in ons zonnestelsel van planeet tot planeet verschillen, zou het dan wel erg toevallig zijn als de samenstelling van de maan gelijk was aan die van de aarde.

Edward Young en collega’s schrijven hun afwijkende resultaten toe aan het gebruik van verfijndere meetmethoden. Ook zouden de door hen onderzochte onderzoeksmonsters beter zijn gedroogd en dus zuiverder zijn.

Maar de verschillen kunnen voor een deel ook op een selectie-effect berusten: slechts één maanmonster is bij beide onderzoeken geanalyseerd, en uitgerekend bij die meting is het verschil tussen beide onderzoeken gering.

Hoe dan ook houden de wetenschappers vast aan de botsingstheorie, maar ze gaan uit van een frontale botsing. Die botsingsvariant was in 2012 voor het eerst geopperd. Ook zou Theia niet van vergelijkbare omvang zijn geweest als de huidige planeet Mars, maar ongeveer zo groot als de huidige aarde.