Voorstelling van een kleiner hemellichaam dat op een grotere planeet botst. NASA/JPL-Caltech

Is oceaan van magma de oplossing voor het probleem van het ontstaan van de maan?

Al meer dan een eeuw ruziën wetenschappers over hoe onze maan ontstaan is. Er is een vrij algemeen aanvaarde theorie, maar daar zijn problemen mee. Amerikaanse en Japanse onderzoekers komen nu met een nieuwe theorie die een oplossing biedt voor die problemen, en waarin magma een hoofdrol speelt.    

Veel theoretische wetenschappers geloven dat een hemellichaam zo groot als Mars op de jonge aarde is gebotst, en dat het materiaal dat daarbij de ruimte is ingeslingerd, de basis is geworden van de maan. 

Toen men dat idee echter ging testen met computermodellen, bleek dat de maan voornamelijk zou moeten bestaan uit materiaal van het inslaand hemellichaam, dat gewoonlijk Theia genoemd wordt. En dat is niet het geval: uit analyses van rotsen die de Apollo-missies van de maan hebben meegebracht, blijkt dat de maan voornamelijk uit aards materiaal bestaat. 

Een nieuwe studie van onderzoekers van de Yale University en uit Japan heeft daar nu echter een verklaring voor. 

De sleutel, zei geofysicus en mede-auteur Shun-ichiro Karato, is dat de vroege, proto-aarde zo'n 50 miljoen jaar na de vorming van de zon bedekt was door een zee van heet magma, terwijl het object dat op de aarde botste, waarschijnlijk uit vast materiaal bestond.

Karato en zijn medewerkers testten hun theorie met een nieuw computermodel, en dat model toonde aan dat na de botsing, het magma veel meer verhit wordt dan de vaste stof van Theia. Het magma zet dan uit in volume, en belandt in een omloopbaan om de maan te vormen, zo zeggen de onderzoekers. Dit verklaart waarom de samenstelling van de maan veel meer aards materiaal bevat. De oudere modellen hielden geen rekening met het verschil in verhitting tussen het gesmolten silicaatgesteente van de aarde en het vaste materiaal van het botsende hemellichaam.   

Momentopnames van de computersimulatie van de vorming van de maan door een enorme botsing. Het centrale deel van het beeld is de proto-aarde, de rode punten geven materiaal van de oceaan van magma op de proto-aarde weer, de blauwe punten geven materiaal van het botsende hemellichaam weer. Yale University

80 procent aards materiaal

"In ons model bestaat de maan voor zo'n 80 procent uit materiaal van de proto-aarde", zei Karato in een persmededeling van Yale University. "In de meeste van de vorige modellen, bestond zo'n 80 procent van de maan uit materiaal van het botsend hemellichaam. Dat is een groot verschil."

Karato zei dat het nieuwe model de eerdere theorieën over de vorming van de maan bevestigde, zonder dat het nodig was om ongewone omstandigheden voor de botsing voor te stellen, iets waartoe theoretici tot nu gedwongen waren om de samenstelling van de maan te kunnen verklaren.

Voor de studie leidde Karato, die uitvoerig onderzoek heeft verricht naar de chemische eigenschappen van magma op de proto-aarde, het onderzoek naar de compressie van gesmolten silicaat. Een groep van het Tokio Instituut voor Technologie en het Centrum voor Computerwetenschap van het Riken-onderzoeksinstituut ontwikkelde een computermodel om te voorspellen hoe materiaal uit de botsing de maan werd. 

De eerste auteur van de studie is Natsuki Hosono van Riken, mede-auteurs zijn Shun-ichiro van Yale University, Junichiro Makino van Riken en Takayuki R. Saitoh van het Tokio Instituut voor Technologie. De studie is gepubliceerd in Nature Geoscience

Voorstelling van een botsing tussen een hemellichaam zo groot als onze maan en een planeet zo groot als Mercurius. De Spitzer ruimtetelescoop vond aanwijzingen voor een dergelijke botsing enkele duizenden jaren geleden bij een jonge ster, HD 172555 genaamd. Een dergelijke botsing, op iets grotere schaal, tussen een hemellichaam genaamd Theia dat zo groot was als Mars, en de jonge aarde, zou kort na het ontstaan van ons zonnestelsel tot het ontstaan van de maan geleid hebben. NASA/JPL-Caltech