Maan ontstond uit frontale planeetbotsing

Dat er in het vroege zonnestelsel een gigantische planeetbotsing plaatsvond die het huidige aarde-en maanstelsel vormde, daar lijken de meeste wetenschappers het wel over eens te zijn. Het is ten opzichte van alternatieve theorieën over het ontstaan van de maan het meest waarschijnlijke scenario. Toch stoeien planeetwetenschappers al jaren met het bewijs voor dit idee. Zogenoemde isotoopverhoudingen in stenen afkomstig van de maan en de aarde bleken moeilijk te verenigen met een botsingstheorie.

Nu zeggen Amerikaanse wetenschappers van de Universiteit van Californië in Los Angeles nieuw bewijs te hebben voor een botsing. Geen ‘schampschot’, zoals eerder aangenomen, maar een frontale treffer tussen de jonge aarde en een planeet ter grootte van Mars of de aarde, genaamd Theia.

De wetenschappers vonden een sterke overeenkomst in de verhoudingen tussen verschillende verschijningsvormen (of isotopen) van zuurstof in gesteenten van de maan en aarde. Ze gebruikten daarvoor maanstenen die werden teruggebracht door de Apollo 12, 15 en 17-missies en in stenen van verschillende plekken op aarde. De overeenkomst is volgens de wetenschappers het bewijs dat het materiaal van Theia en de voorloper van de aarde tijdens hun gewelddadige botsing flink met elkaar vermengd is. De resultaten werden vorige week in Science gepubliceerd.

Problemen met eerdere theorieën

Het is een ware puzzel om erachter te komen hoe het zonnestelsel en de hemellichamen zich hebben gevormd. Bewijzen in de vorm van inslagkraters zijn er niet (meer) en rondvliegende puinbrokken hebben zich al lang geordend in nieuwe hemellichamen. Wetenschappers zijn voornamelijk aangewezen op computersimulaties – die steeds beter worden door toenemende rekenkracht – en materialen waaruit de hemellichamen nu zijn opgebouwd.

Het belangrijkste ‘gereedschap’ daarbij is de verhouding van verschillende zuurstofisotopen die in stenen wordt aangetroffen. Een isotoop is een variant van een chemisch element die verschilt doordat het een ander aantal neutronen in de kern heeft. Het heeft verder vrijwel dezelfde eigenschappen.

De meeste zuurstofatomen (zo’n 99,8 procent op aarde) hebben acht neutronen in de kern, een klein deel heeft er tien en een nog kleiner deel negen. En het blijkt dat er wat dat betreft een rijke variatie bestaat tussen verschillende hemellichamen in het zonnestelsel: iedere planeet, maan of planetoïde heeft een specifieke verhouding van verschillende isotopen, die bij eventuele botsingen verstoord kan worden. Juist dat maakt het erg handig om ontstaanstheorieën te toetsen.

Identieke samenstelling

Hoe handig dit gereedschap ook, verzamelde bewijzen zorgen al jaren voor hoofdbrekens bij wetenschappers. Een voorgestelde botsing tussen Theia en de vroege aarde zou volgens computersimulaties moeten leiden tot een maan die vooral uit ‘Theia’ bestaat, en een aarde met weinig botsingsmateriaal. Daarbij zouden ook de isotoopverhoudingen tussen de twee verschillen. En juist dat blijkt steeds niet het geval te zijn. De maan en de aarde hebben juist een verrassend identieke samenstelling.

Tot 2014, als Duitse wetenschappers een artikel in Science publiceren waarin ze stellen dat de isotoopverhouding tussen de maan en aarde wel degelijk verschilt. Dat doen ze aan de hand van precisiemetingen aan maan- en aardmateriaal. Dat zou de ‘klassieke botsingstheorie’, waarbij Theia de proto-aarde onder een hoek van maximaal 45 graden zou hebben geraakt, ondersteunen.

Nu gaan astronoom Edward Young en collega’s volledig tegen de resultaten van dat onderzoek in en stellen dat de isotoopverhouding tóch hetzelfde is. Ze hebben daarvoor een groot aantal metingen gedaan aan maan- en aardgesteenten die volgens hen een grotere precisie hebben dan die van de Duitsers. De ‘afwijking’ uit 2014 wordt hier afgedaan als een ongelukkige selectie van de monsters, waarbij er toevallig een afwijking is vastgesteld.