Fast 50 Jahre, seit der Mensch zum ersten Mal auf dem Mond gelaufen ist, treibt die Menschheit erneut Versuche voran, auf dem Erdsatelliten zu landen. Allein in diesem Jahr hat China ein Roboter-Raumschiff auf der anderen Seite des Mondes gelandet, während Indien kurz davor ist, ein Mondfahrzeug zu landen, und Israel setzt seine Mission fort, trotz des Absturzes seines jüngsten Unternehmens die Oberfläche zu berühren. Die NASA hat inzwischen angekündigt, Astronauten bis 2024 zum Südpol des Mondes schicken zu wollen.,
Aber während diese Missionen versuchen, unser Wissen über den Mond zu fördern, arbeiten wir immer noch daran, eine grundlegende Frage zu beantworten: Wie ist es dort gelandet?Juli 1969 installierte die Apollo 11-Besatzung den ersten Satz von Spiegeln, um Laser zu reflektieren, die von der Erde aus auf den Mond gerichtet waren. Die nachfolgenden Experimente, die mit diesen Arrays durchgeführt wurden, haben den Wissenschaftlern geholfen, die Entfernung zwischen Erde und Mond in den letzten 50 Jahren zu ermitteln. Wir wissen jetzt, dass die Umlaufbahn des Mondes um 3, 8 cm pro Jahr größer geworden ist – er bewegt sich von der Erde weg.,
Diese Entfernung und die Verwendung von Mondgesteinen bis zur Datierung der Mondformation vor 4.51 Milliarden Jahren sind die Grundlage für die Hypothese des Rieseneinschlags (die Theorie, dass sich der Mond nach einer Kollision zu Beginn der Erdgeschichte aus Trümmern gebildet hat). Wenn wir jedoch davon ausgehen, dass die Mondrezession immer 3, 8 cm/Jahr betrug, müssen wir 13 Milliarden Jahre zurückgehen, um eine Zeit zu finden, in der Erde und Mond nahe beieinander lagen (damit sich der Mond bilden konnte). Das ist viel zu lange her – aber das Missverhältnis ist nicht überraschend, und es könnte durch die alten Kontinente und Gezeiten der Welt erklärt werden.,
Gezeiten und Rezession
Die Entfernung zum Mond kann mit der Geschichte der kontinentalen Konfigurationen der Erde verknüpft werden. Der Verlust der Gezeitenenergie (aufgrund der Reibung zwischen dem sich bewegenden Ozean und dem Meeresboden) verlangsamt den Spin des Planeten, was den Mond zwingt, sich von ihm zu entfernen – der Mond tritt zurück. Die Gezeiten werden weitgehend durch die Form und Größe der Ozeanbecken der Erde gesteuert. Wenn sich die tektonischen Platten der Erde bewegen, ändert sich die Geometrie des Ozeans, ebenso wie die Flut. Dies beeinflusst den Rückzug des Mondes, so dass er am Himmel kleiner erscheint.,
Wenn wir wissen, wie die tektonischen Platten der Erde ihre Position verändert haben, können wir herausfinden, wo sich der Mond zu einem bestimmten Zeitpunkt in Bezug auf unseren Planeten befand.
Wir wissen, dass die Stärke der Gezeiten (und damit die Rezessionsrate) auch von der Entfernung zwischen Erde und Mond abhängt. Wir können also davon ausgehen, dass die Gezeiten stärker waren, als der Mond jung und näher am Planeten war. Da der Mond zu Beginn seiner Geschichte schnell zurückging, werden die Gezeiten schwächer und die Rezession langsamer geworden sein.,
Die detaillierte Mathematik, die diese Entwicklung beschreibt, wurde erstmals 1880 von George Darwin, dem Sohn des großen Charles Darwin, entwickelt. Aber seine Formel erzeugt das gegenteilige Problem, wenn wir unsere modernen Zahlen eingeben. Es sagt voraus, dass Erde und Mond vor nur 1, 5 Milliarden Jahren nahe beieinander lagen. Darwins Formel kann nur mit modernen Schätzungen des Alters und der Entfernung des Mondes in Einklang gebracht werden, wenn seine typische Rezessionsrate in jüngster Zeit auf etwa einen Zentimeter pro Jahr reduziert wird.
Die Implikation ist, dass die Gezeiten von heute ungewöhnlich groß sein müssen, was zu einer Rezessionsrate von 3,8 cm führt., Der Grund für diese großen Gezeiten ist, dass der heutige Nordatlantik genau die richtige Breite und Tiefe hat, um mit der Gezeiten in Resonanz zu stehen, so dass die natürliche Schwingungsperiode nahe an der der Gezeiten liegt, so dass sie sehr groß werden können. Dies ist ähnlich wie ein Kind auf einer Schaukel, das sich höher bewegt, wenn es mit dem richtigen Timing gedrückt wird.
Aber gehen Sie zurück in die Zeit – ein paar Millionen Jahre reichen aus – und der Nordatlantik hat eine ausreichend unterschiedliche Form, dass diese Resonanz verschwindet und die Rezessionsrate des Mondes langsamer gewesen sein wird., Als die Plattentektonik die Kontinente bewegte und die Verlangsamung der Erdrotation die Länge der Tage und die Gezeitenperiode veränderte, wäre der Planet in ähnliche starke Gezeitenzustände hinein-und herausgerutscht. Aber wir kennen die Details der Gezeiten über lange Zeiträume nicht und können daher nicht sagen, wo sich der Mond in der fernen Vergangenheit befand.
Sedimentlösung
Ein vielversprechender Ansatz zur Lösung dieses Problems besteht darin, zu versuchen, Milankovitch-Zyklen anhand physikalischer und chemischer Veränderungen in alten Sedimenten zu erkennen., Diese Zyklen entstehen aufgrund von Variationen in der Form und Ausrichtung der Erdumlaufbahn und Variationen in der Ausrichtung der Erdachse. Diese erzeugten Klimazyklen, wie die Eiszeiten der letzten Millionen Jahre.
Die meisten Milankovitch-Zyklen ändern ihre Perioden im Laufe der Erdgeschichte nicht, aber einige werden durch die Spinrate der Erde und die Entfernung zum Mond beeinflusst. Wenn wir diese bestimmten Perioden erkennen und quantifizieren können, können wir sie verwenden, um die Tageslänge und die Erde-Mond-Entfernung zum Zeitpunkt der Ablagerung der Sedimente abzuschätzen., Bisher wurde dies nur für einen einzigen Punkt in der fernen Vergangenheit versucht. Sedimente aus China deuten darauf hin, dass die Erde-Mond-Entfernung vor 1, 4 Milliarden Jahren 341,000 km betrug (die aktuelle Entfernung beträgt 384,000 km).
Jetzt wollen wir diese Berechnungen für Sedimente an Hunderten von Orten wiederholen, die zu verschiedenen Zeiträumen festgelegt wurden. Dies wird eine robuste und nahezu kontinuierliche Aufzeichnung der Mondrezession in den letzten Milliarden Jahren liefern und uns eine bessere Einschätzung darüber geben, wie sich die Gezeiten in der Vergangenheit verändert haben., Zusammen ergeben diese miteinander verbundenen Studien ein konsistentes Bild davon, wie sich das Erde-Mond-System im Laufe der Zeit entwickelt hat.