Theia, de protoplaneet die 4,5 miljard jaar geleden tegen de aarde botste en zo de maan vormde, is wellicht veel dichter bij huis ontstaan dan gedacht.

Zo’n 4,5 miljard jaar geleden was ons zonnestelsel een levensgevaarlijke bouwplaats. Overal vlogen brokstukken rond, planeten waren nog volop in aanbouw en af en toe knalde er iets gigantisch tegen iets anders aan. Een van die klappen was zo heftig dat hij ons de maan gaf: een object ter grootte van Mars, dat we Theia noemen, ramde de jonge aarde frontaal. De inslag was zo verwoestend dat beide lichamen grotendeels verdampten en een gloeiendhete wolk van gesmolten steen vormden. Uit de brokstukken die in een baan om de aarde bleven hangen, klonterde uiteindelijk onze maan samen.

Dat verhaal kennen we al tientallen jaren. Maar één vraag bleef altijd een groot raadsel: waarom lijken aarde en maan chemisch zo hard op elkaar? Als de maan vooral uit materiaal van Theia bestaat, zou ze eigenlijk een heel andere samenstelling moeten hebben. Nieuw onderzoek biedt nu een antwoord: Theia was geen verre vreemdeling uit het buitenste zonnestelsel, maar een buur uit het binnenste zonnestelsel, die waarschijnlijk zelfs dichter bij de zon ontstond dan de aarde zelf.

Unieke chemische vingerafdruk

Elke planeet en planetoïde in ons zonnestelsel heeft een unieke chemische vingerafdruk. Die zit in de verhoudingen van isotopen, varianten van hetzelfde element met meer of minder neutronen. Deze verhoudingen ontstaan door de temperatuurverschillen in de oernevel rond de jonge zon. Hoe dichter bij de zon, hoe hoger de temperatuur en hoe beter verschillende materialen kunnen condenseren.

Je zou dus verwachten: aarde en maan hebben verschillende isotopenverhoudingen. Maar dat is niet zo. Voor zuurstof, titanium, chroom, calcium, zirkonium en nog een hele reeks andere elementen zijn aarde en maan praktisch identiek. Dat was al bekend. Tijdens deze nieuwe studie werd ook naar ijzer gekeken en ook daaruit blijkt hetzelfde.

Hoe kan dat als de maan vooral uit Theia bestaat? Het antwoord: tijdens de botsing is alles wellicht zo grondig door elkaar gehusseld dat de oorspronkelijke verschillen vrijwel volledig zijn uitgevlakt. Dat vertelt Timo Hopp, mede-auteur van de nieuwe studie, aan Scientias.nl. Na de klap blies de energie de aarde en Theia vermoedelijk op tot een enorme, donutvormige wolk van verdampt gesteente waarin alles duizenden graden heet was en volledig door elkaar tolde. Pas daarna koelde een deel af en vormde de maan.

Theia kwam niet van ver

Hopp en zijn team deden meer dan alleen meten. Ze combineerden hun nieuwe ijzergegevens met alle eerder gemeten isotopen (zuurstof, titanium, enzovoort) en voerden daar berekeningen op uit met meteorieten als referentie voor verschillende delen van het zonnestelsel.

“De ijzerisotopen wijzen op zichzelf dus niet per se op een duidelijke oorsprong van Theia in het binnenste zonnestelsel”, legt Hopp uit, “maar de combinatie van isotopensamenstellingen van verschillende elementen doet dat wel.” En die combinatie wijst heel duidelijk naar het binnenste zonnestelsel, dichter bij de zon dan de baan van de aarde.

Dat is groot nieuws. Tot nu toe dachten veel onderzoekers dat Theia juist uit het buitenste zonnestelsel kwam, misschien zelfs van voorbij Jupiter, omdat dat makkelijker zou verklaren hoe zo’n groot object uiteindelijk bij de aarde kon raken.

“Het vaststellen van een oorsprong van Theia in het binnenste zonnestelsel heeft gevolgen voor de dynamische evolutie van het zonnestelsel”, zegt Hopp. “Als Theia uit het buitenste zonnestelsel zou komen, zou er een mechanisme moeten bestaan dat zulke hemellichamen van voorbij Jupiter naar de vormingsregio van de aarde verstuurt en dat in een later stadium van de vorming van het zonnestelsel.” Met een Theia die gewoon uit de buurt kwam, valt dat probleem weg. Het vroege zonnestelsel was chaotisch genoeg dat twee grote objecten die allebei in het binnenste deel waren ontstaan, elkaar toch konden tegenkomen.

Wat we nog niet weten

Toch blijft er een hele grote vraag openstaan en volgens Hopp is dat misschien wel de belangrijkste vraag over de oorsprong van de maan. “Ik denk dat dit nog steeds een van de belangrijkste open vragen is over de oorsprong van de maan: welk proces en welke omstandigheden hebben geleid tot de gelijkmaking waardoor aarde en maan met vergelijkbare isotopensamenstellingen eindigden? Ik denk dat er geavanceerdere modellen nodig zijn om dit te kunnen beantwoorden.”