Een ring van aards puin vormde de maan

Astronomie

Er zijn tientallen scenario’s bedacht over hoe de maan kan zijn ontstaan. Hij moet in ieder geval deels uit de aarde zijn geboren.

We weten nog steeds niet hoe de maan is ontstaan. Volgens de meest gangbare theorie is de aarde-satelliet ontstaan bij een botsing tussen de aarde en een kleinere planeet, kort na het ontstaan van het zonnestelsel (4,5 miljard jaar geleden). Maar planeetwetenschappers blijven ermee worstelen. Grote botsingen, kleinere botsingen, schampende botsingen: geen van alle kunnen ze de huidige eigenschappen van de maan, en van het aarde-maanstelsel als geheel, volledig verklaren. Er worden voortdurend nieuwe varianten bedacht.

Israëlische wetenschappers lanceren deze week het idee dat onze maan is ontstaan door samenklontering van enkele tientallen ‘mini-manen’, die voortkwamen uit een reeks inslagen op de jonge aarde. Ze onderbouwen het idee met computersimulaties. Raluca Rufu van het Weizmann Institute of Science in Rehovot (Israël) en collega’s gaan uit van een reeks kleine inslagen waarbij puin van de aarde de ruimte in werd geblazen. Door samenklontering van dat puin zouden een aantal ‘mini-manen’ zijn ontstaan, die zich vervolgens hebben samengevoegd tot de maan zoals wij die kennen. Dat is – heel kort – hun scenario, zoals dat maandag in het tijdschrift Nature Geoscience is gepubliceerd.

Intens bombardement

Helemaal nieuw is dit model niet. Het bouwt voort op een idee dat al in 1989 is geopperd door de Australische geofysicus Ted Ringwood, maar daarna in de vergetelheid raakte. Toen al was duidelijk dat het zonnestelsel kort na zijn ontstaan moet hebben gewemeld van de brokstukken die waren overgebleven van de vorming van de planeten. Het is aannemelijk dat de aarde in haar jeugd doelwit is geweest van een intens bombardement.

De vraag was toen nog of er na een reeks kleinere botsingen voldoende brokstukken om de aarde zouden kunnen cirkelen die groot genoeg waren om de huidige omvang van de maan te kunnen verklaren. De computersimulaties van Rufu en collega’s geven aan dat dit inderdaad zo is. Ook zouden de brokstukken de juiste samenstelling hebben gehad.

Dat laatste vraagt om enige toelichting. Volgens het standaardscenario zou de maan zijn ontstaan nadat de aarde in botsing was gekomen met een planeet ter grootte van Mars, die ook wel Theia wordt genoemd. Het merkwaardige is echter dat de chemische samenstelling van gesteenten van de aarde en van de maan sterke overeenkomsten vertonen. Terwijl computersimulaties aangeven dat de uiteindelijke maan voornamelijk uit materiaal van Theia zou moeten bestaan.

Dat dit hypothetische projectiel precies dezelfde samenstelling had als de aarde, is niet erg aannemelijk: de hemellichamen in ons zonnestelsel vertonen namelijk grote onderlinge verschillen. Je zou dus verwachten dat de maan een heel andere samenstelling heeft dan de aarde. Aan deze paradox valt wel weer een mouw te passen – de botsing zou bijvoorbeeld zo hevig kunnen zijn geweest dat de materie van de oeraarde en Theia volledig vermengd raakte – maar erg bevredigend zijn zulke ‘maatoplossingen’ (en daarvan zijn er inmiddels heel wat!) niet.

Rufu probeert deze kwestie nu op elegante wijze op te lossen. Haar model gaat uit van inslaande objecten die beduidend kleiner zijn dan Mars, maar nog altijd fors van omvang. Bij de inslag van zo’n object ontstaat een gordel van puin om de aarde die voornamelijk uit materiaal van de aardmantel bestaat. De materiële bijdrage van elk projectiel is gering en bovendien zullen de diverse projectielen onderling van samenstelling verschillen. De kans dat een van deze objecten een zware stempel drukt op het eindresultaat – de maan – is dus klein.

Volgens Rufu’s model klontert de puingordel die na elke inslag ontstaat binnen enkele honderden jaren samen tot een mini-maan. Die spiraalt vervolgens geleidelijk naar buiten, om zich miljoenen jaren later bij de maan-in-aanbouw te voegen. Na ongeveer twintig van deze gebeurtenissen zou onze maan ‘af’ zijn geweest.

Mysterie opgelost? Nee, vast niet. In zijn begeleidende commentaar in Nature Geoscience wijst de Britse aardwetenschapper Gareth Collins er al op dat Rufu en collega’s het eigenlijke samenvoegingsproces van de mini-manen nog niet hebben doorgerekend. Ook is er geen rekening gehouden met de mogelijkheid dat er onderweg mini-manen verloren kunnen gaan. Het is dus denkbaar dat er veel meer inslagen c.q. mini-manen nodig waren om tot iets ter grootte van onze maan te komen.

In dat geval laat het geschetste scenario zich waarschijnlijk moeilijk rijmen met een ander resultaat, dat woensdag in Science Advances is gepubliceerd. Nieuw Amerikaans onderzoek wijst er namelijk op dat de maan minder dan 60 miljoen jaar na het ontstaan van het zonnestelsel al grotendeels was gestold. Dat blijkt uit radiometrische datering van zirkoonfragmenten die zijn aangetroffen in gesteenten die in 1971 door Apollo 14-astronauten naar de aarde zijn gebracht. Het is nog maar de vraag of het meervoudige-inslagscenario zo’n snelle vorming van de maan kan verklaren.

Kolossale kernexplosie

Waarom er dan toch zo hardnekkig wordt vastgehouden aan het botsings- of inslagscenario? Dat vragen sommige wetenschappers zich ook af. Zo timmeren Wim van Westrenen, planeetwetenschapper aan de Vrije Universiteit Amsterdam, en kernfysicus Rob de Meijer al jaren aan de weg met een heel andere oplossing voor het maanprobleem. Volgens hen is de maan samengeklonterd uit gesteente dat bij een kolossale kernexplosie in het diepe inwendige van de aarde is weggeblazen. In dat geval is het vanzelfsprekend dat de samenstelling van de maan op die van onze planeet lijkt.

Het is een extreme oplossing – door vakgenoten goeddeels genegeerd. Maar eigenlijk kan niemand meer ontkennen dat de meest gangbare theorie, die toch al bijna een halve eeuw bestaat, aan alle kanten rammelt. Het wordt hoog tijd dat die maan nog eens goed van dichtbij onderzocht wordt.