Viele Jahre lang haben sich Fachleute ihre Köpfe darüber zerbrochen, warum der Erdmond im Vergleich zu anderen Monden im Sonnensystem so aus der Reihe tanzt: In Relation besitzt kein anderer Planet einen derart großen Begleiter. Zahlreiche Erklärungsmodelle wurden ins Auge gefasst und wieder verworfen. Letztlich durchgesetzt hat sich die in den 1970er-Jahren erstmals formulierte Kollisionstheorie, obwohl parallel dazu weiterhin auch andere Ideen diskutiert werden.

Die 1984 auf der Kona-Konferenz in Hawaii zum allgemeinen Konsens erklärte Hypothese geht von einem apokalyptischen Ursprung des Mondes aus. Gleichsam als Geburtshelfer fungierte in diesem Modell der hypothetische Protoplanet Theia, indem er rund 150 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems mit unserem Heimatplaneten zusammenstieß.

Mit Erde und Mond verschmolzen

Die Auswirkungen waren verheerend: Der Zusammenstoß mit dem etwa marsgroßen Objekt riss unseren Planeten auf und beförderte riesige Mengen an Gestein und Mantelmaterial in die Umlaufbahn. Innerhalb von weniger als hundert Jahren wuchs daraus ein Protomond heran, zehntausend Jahre später hatte unser neuer Begleiter alle verbliebenen Trümmer eingesammelt. Theia selbst verschmolz mit der Erde und dem neuen Mond.

Die Hypothese erklärt gleich mehrere Beobachtungen, darunter die im Vergleich zur Erde geringe mittlere Dichte des Mondes sowie seine erdähnliche Zusammensetzung. Dennoch sind rund um dieses Ereignis noch viele Fragen offen. Wie Theia im Detail ausgesehen hat oder aus welchem Teil des Sonnensystems sie der Erde entgegenraste, ist bis heute Gegenstand wissenschaftlicher Diskussionen.

Rekonstruierter Ursprung

Antworten auf diese Fragen zu finden ist schwierig, schließlich wurde Theia bei der Kollision vollständig zerstört. Dennoch lassen sich Spuren von ihr bis heute nachweisen – etwa in der Zusammensetzung der heutigen Erde und des Mondes. Auf Grundlage dieser Spurensuche ist es nun einem Forschungsteam vom Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) und der University of Chicago gelungen, den Ursprung von Theia zu rekonstruieren.

"Die Zusammensetzung eines Körpers archiviert seine gesamte Entstehungsgeschichte, einschließlich seines Herkunftsortes", sagte Thorsten Kleine vom MPS, Co-Autor der im Fachjournal Science erschienene Studie. Als besonders aufschlussreich erweisen sich in diesem Zusammenhang die Verhältnisse, in denen bestimmte Metallisotope in einem Körper vorkommen.

Isotope sind Varianten desselben Elements, die sich lediglich in der Zahl der Neutronen im Atomkern und damit in ihrem Gewicht unterscheiden. Im frühen Sonnensystem waren die Isotope eines Elements nicht gleichmäßig verteilt: Am äußeren Rand des Systems traten sie etwa in leicht anderen Verhältnissen auf als im sonnennahen Bereich.

Keine Überraschungen

Für ihre Untersuchung bestimmten die Forschenden das Verhältnis verschiedener Eisenisotope in Gesteinen von Erde und Mond so präzise wie nie zuvor. Dafür untersuchten sie 15 irdische Gesteinsproben sowie sechs Mondproben, die Astronauten der Apollo-Missionen zur Erde gebracht hatten. Das Ergebnis bestätigte zunächst frühere Analysen: Wie die Isotopenverhältnisse von Chrom, Kalzium, Titan und Zirkonium zeigten, sind Erde und Mond in dieser Hinsicht nicht voneinander zu unterscheiden.

Dass der isotopische "Fingerabdruck" von Theia fehlt, erklären sich Forschende unter anderem damit, dass sich die Gesteine von Erde und Theia untrennbar vermischten – ein Umstand, der freilich keine direkten Rückschlüsse auf Theia erlaubt. Um also mehr über Theias Herkunft zu erfahren, wandten die Forschenden eine Art planetare "Reverse Engineering"-Methode an.

Ausgehend von den übereinstimmenden Isotopenverhältnissen der heutigen Erd- und Mondgesteine spielte das Team durch, welche Zusammensetzungen und Ausmaße Theias sowie welche Zusammensetzung der frühen Erde zu diesem Endzustand geführt haben könnten. Dabei nahmen die Forschenden nicht nur Eisenisotope ins Visier, sondern auch jene von Chrom, Molybdän und Zirkonium. Die verschiedenen Elemente eröffnen Einblicke in unterschiedliche Phasen der Planetenentstehung.

Ein überzeugendes Szenario

Schon während ihres Geburtsvorgangs, und damit lange vor der verheerenden Begegnung mit Theia, hatte im Inneren der frühen Erde eine Art Sortierungsprozess eingesetzt. Mit der Bildung des Eisenkerns sammelten sich dort bestimmte schwere Elemente wie Eisen und Molybdän an; sie fehlen seitdem weitgehend im Gesteinsmantel. Das Eisen, das heute im Erdmantel vorkommt, kann folglich erst nach der Kernbildung hinzugekommen sein – etwa durch Theia.

Nachdem das Team unter allen rechnerisch möglichen Zusammensetzungen Theias und der frühen Erde einige als unwahrscheinlich ausgeschlossen hatte, blieb schließlich eine plausible Variante übrig: "Das überzeugendste Szenario ist, dass die meisten Bausteine von Erde und Theia aus dem inneren Sonnensystem stammen. Erde und Theia waren demnach wahrscheinlich Nachbarn", sagte Timo Hopp vom MPS, Hauptautor der Studie.

Diese Zusammensetzung fällt in den Bereich der sogenannten nichtkohlenstoffhaltigen Meteoriten. Diese Meteoriten gelten als repräsentativ für das Material, das sich innerhalb der Marsbahn gebildet hat. Meteoritenklassen, die in unterschiedlichen Regionen des äußeren Sonnensystems entstanden, dienen dabei als Referenzmaterial für die Bausteine, die während der Entstehung von Erde und Theia zur Verfügung standen.

Dramatischer Zusammenstoß

Die Kombination der neuen Ergebnisse mit früheren Isotopendaten anderer Elemente lässt für die Forschenden nur den Schluss zu, dass Theia im inneren Sonnensystem geboren wurde, wahrscheinlich sogar näher an der Sonne als die Proto-Erde selbst. Die Resultate passen gut zu früheren Untersuchungen der Verteilung des Isotops Wolfram-182. Dabei stellte man kleine, aber deutlich messbare Nuancen im Vorkommen der verschiedenen Wolfram-Varianten zwischen Mond und Erde fest.

Das spricht dafür, dass der Zusammenstoß zwischen unserer jungen planetaren Heimat und Theia so gewaltig gewesen sein muss, dass die resultierende Materialwolke gründlich durchmischt wurde. Die Vermengung reicht vermutlich aus, um jegliche weitere feststellbare Spur von Theia aus dem chemischen "Fingerabdruck" der Erde und ihres Trabanten zu tilgen. (Thomas Bergmayr, 21.11.2025)