Ongeveer 4,5 miljard jaar geleden vond een van de meest gedenkwaardige gebeurtenissen in de geschiedenis van de Aarde plaats: een enorm hemellichaam, genaamd Theia, botste met de jonge Aarde. Hoe deze botsing zich heeft ontvouwd en wat er precies daarna is gebeurd, is nog niet definitief vastgesteld. Wat wel zeker is, is dat de grootte, samenstelling en baan van de Aarde hierdoor zijn veranderd en dat de impact de geboorte markeerde van onze constante metgezel in de ruimte, de maan.
Wat Wisten We Over Theia?
Wat voor soort lichaam was het dat de ontwikkeling van onze planeet zo dramatisch heeft veranderd? Hoe groot was Theia en waar was het van gemaakt? En uit welk deel van het zonnestelsel kwam het richting de Aarde? Het vinden van antwoorden op deze vragen is moeilijk, omdat Theia volledig werd vernietigd tijdens de botsing. Desondanks zijn er nog steeds sporen van Theia te vinden, bijvoorbeeld in de samenstelling van de huidige Aarde en de maan.
Studie naar de Samenstelling van Theia
In een studie, gepubliceerd in het tijdschrift Science, hebben onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Zonnestelselonderzoek en de Universiteit van Chicago gebruikgemaakt van gegevens om een mogelijke “lijst van ingrediënten” van Theia af te leiden. “De samenstelling van een lichaam archiveert de hele geschiedenis van zijn vorming, inclusief zijn oorsprong,” aldus Thorsten Kleine, directeur van MPS en co-auteur van de nieuwe studie.
Ontdekkingen over Isotopen
De verhoudingen waarin bepaalde metalen isotopen aanwezig zijn in een lichaam zijn vooral onthullend. Isotopen zijn varianten van hetzelfde element die alleen verschillen in het aantal neutronen in hun atoomkern en daarmee in hun gewicht. In het vroege zonnestelsel waren de isotopen van een gegeven element waarschijnlijk niet gelijkmatig verdeeld.
Zoeken naar Sporen van Theia
Het onderzoeksteam heeft de verhouding van verschillende ijzerisotopen in Aarde- en maanstenen met ongekende precisie bepaald. Hiervoor hebben ze 15 aardse stenen en zes maansamples onderzocht die astronauten van de Apollo-missies naar de Aarde hebben gebracht.
De Gelijkwaardigheid van Aarde en Maan
De uitkomst was niet verrassend: zoals eerdere metingen al hadden aangetoond, zijn Aarde en de maan in dit opzicht niet te onderscheiden. De grote gelijkenis staat echter niet toe dat er directe conclusies worden getrokken over Theia. Er zijn simpelweg te veel mogelijke botsingsscenario’s, en het is ook mogelijk dat de maan voornamelijk is gevormd uit materiaal van de vroege aardmantel.
Omgekeerde Ingenieurswetenschap van een Planeet
Om meer te leren over Theia, paste het onderzoeksteam een soort omgekeerde ingenieurswetenschap aan voor planeten. Op basis van de overeenkomstige isotopenverhoudingen in hedendaagse aardse en maanstenen, simuleerde het team welke samenstellingen en maten van Theia en welke samenstelling van de vroege Aarde tot deze eindtoestand hadden kunnen leiden.
Conclusies over Theia
Van de mathematisch mogelijke samenstellingen van Theia en de vroege Aarde die uit de berekeningen voortvloeien, kunnen enkele worden uitgesloten als onwaarschijnlijk. “Het meest aannemelijke scenario is dat de meeste bouwstenen van Aarde en Theia afkomstig zijn uit het binnenste van het zonnestelsel. Aarde en Theia waren waarschijnlijk buren,” aldus Timo Hopp, MPS-wetenschapper en hoofdauteur van de studie.
De Oorsprong van Theia
Terwijl de samenstelling van de vroege Aarde voornamelijk kan worden weergegeven als een mengsel van bekende meteorietklassen, geldt dit niet voor Theia. Verschillende meteorietklassen zijn ontstaan in verschillende gebieden van het buitenste zonnestelsel, en dienen als referentiemateriaal voor het bouwmateriaal dat beschikbaar was tijdens de vorming van de vroege Aarde en Theia. Onderzoekers vermoeden dat daar onbekend materiaal bij betrokken is dat dichter bij de zon is ontstaan dan de Aarde.
