Hoe is de maan ontstaan?

Heel lang geleden ontstonden de zon, de aarde en de maan in het heelal. De zon is daarbij ontstaan uit een gaswolk die steeds compacter werd als gevolg van de zwaartekracht. De zon heeft die gaswolk nodig gehad om te ontstaan. De aarde kan op zijn beurt net zo goed niet zonder de zon, want de aarde draait om de zon. De maan kan op zijn beurt niet zonder de aarde, want de maan draait om de aarde. Je zou dus zeggen dat de aarde er eerst was en daarna de maan. De volgorde van ontstaan lijkt dus duidelijk:

1. Eerst was er een gaswolk.
2. Daaruit ontstond de zon.
3. Daarna ontstond de aarde.
4. Tenslotte ontstond de maan. Het verhaal gaat rond dat de hypothetische wereld Theia daar de oorzaak van was.

De praktijk is hier en daar toch wat anders.

De zon ontstond gezamelijk met veel andere sterren

In het heelal bevinden zich grote koude en dus donkere moleculaire gaswolken waar de sterren uit ontstonden en nog steeds uit ontstaan. De wolk is inktzwart. De temperatuur van zo’n wolk is vlak boven het absolute nulpunt. Het kan bijna niet kouder. De diameter van zo’n donkere wolk zit tussen de 15 en 600 lichtjaar. Niet voor niets bestaan deze wolken uit waterstof en helium in molecuulvorm. Dat zijn de elementen waaruit het heelal ontstaan is. Je noemt dit ook wel een interstellaire wolk die zo ijl is dat alle warmte er direct uit verdwijnt. De sterren achter deze wolken zijn niet zichtbaar. Bekende voorbeelden van deze zwarte nevels zijn de Kolenzaknevel, de Paardenkopnevel en de Slangnevel.

Dat verandert als de wolk ineen begint te storten. Dan wordt de wolk compacter en kan de warmte niet meer uit de wolk ontsnappen. Nieuwe warmte blijft in de wolk. De wolk warmt op. De hoeveelheid massa in zo’n gaswolk is typisch in de orde van honderdduizend keer de massa van de zon. Daardoor ontstaat er bij het ineenstorten nooit één ster, maar veel sterren tegelijk. De zon is dus niet alleen ontstaan. Dit is de theorie voor de zon, maar niemand kan die andere sterren aanwijzen die tegelijk met de zon ontstaan zijn en net zo oud zijn als de zon.

In de Melkweg vind je diverse open sterrenhopen. Dit zijn stergroepen waar je makkelijk tussendoor kunt kijken. Je vindt hierin een paarhonderd sterren bij elkaar. Het is aangetoond dat alle sterren uit elke groep tegelijk zijn ontstaan. Mooie voorbeelden hiervan zijn de open sterrenhoop de Plejaden, die in de winter te zien is, en de open sterrenhoop Praesepe (M44) die in de zomer te zien is.

Om de Melkweg vind je diverse bolvormige sterrenhopen. Deze stergroepen zijn te compact om er doorheen te kijken. Je vindt hierin een miljoen tot een miljard sterren vlak bij elkaar. Ook hier is aangetoond dat alle sterren van een bolvormige sterrenhoop tegelijk zijn ontstaan. Mooie voorbeelden hiervan zijn de bolvormige sterrenhopen M13 en M92 beiden in zomersterrenbeeld Hercules. Beiden kennen alleen een code uit de Messier catalogus en hebben verder geen naam.

De zon en de aarde ontstonden snel na elkaar

De aarde en de andere planeten zijn ook uit die krimpende moleculaire gaswolk ontstaan. Die planeten ontstonden later dan de nog jonge zon, maar tegelijk was dat niet heel veel later. De zon is namelijk naar schatting 5 miljard jaar oud. Voor de aarde is die schatting 4½ miljard jaar en ook de planeten hebben een aanloopperiode gehad voordat ze ontstonden, net zoals de zon.

De maan is niet ingevangen door de aarde

De maan is een prachtig hemelobject om de wordingsgeschiedenis van het planetenstelsel te onderzoeken. De maan staat heel dichtbij, wat prettig is om de maan te kunnen bestuderen. De maan is ook heel groot in vergelijk met de aarde. De massaverhouding is 1 op 81. De maan is maar iets kleiner dan de planeet Mercurius. Vergelijk je dat met een andere maan om een andere planeet dan is die verhouding als snel 1 op 1000 of 1 op 10.000. Dat is heel bijzonder in het zonnestelsel.

Ook de draai-impuls van de aarde en de maan bij elkaar is heel groot. Zonder een externe ‘duw’ kunnen beiden niet zo snel om zichzelf en de maan om de aarde bewegen.

Er gebeurt geologisch gezien ook niets op de maan. Er is geen water en geen dampkring en dus is er geen regen en wind en dus geen erosie. De aarde heeft wel een groot deel van de wordingsgeschiedenis van de aarde kapot gemaakt.

De samenstelling van de maan lijkt op die van de aarde

De samenstelling van de maan lijkt op die van de aarde. Dat is heel bijzonder. Alle planeten hebben een eigen specifieke samenstelling. De samenstelling van Mercurius is bijvoorbeeld anders dan de samenstelling van Venus of van de aarde. Als je de samenstelling van een stukje ruimtepuin bepaald, dan weet je gelijk van welke planeet dat oorspronkelijk gekomen is. Zo moet Theia ook zijn eigen samenstelling hebben gehad. En dat maakt het onmogelijk dat de samenstelling van de maan lijkt op de samenstelling van de aarde. Dat weten we doordat de Apolloastronauten zo’n 380 kilo aan maanstenen destijds meenamen naar de aarde. Een kwart is daarvan onderzocht. De rest ligt in een kluis in Houston te wachten. Die hebben allemaal de samenstelling van de aarde. Het is dus niet mogelijk dat de maan ergens anders in het zonnestelsel is ontstaan en dat deze de aarde tegenkwam en eromheen ging draaien.

De maan ontstond uit de aarde via een botsing

Theia?

Sinds een jaar of tien is het een populair idee dat de maan niet ontstaan is nadat de aarde is ontstaan, maar dat de maan uit de aarde is ontstaan. Bij wijze van spreken zijn de aarde en de maan dus tegelijk ontstaan als één hemellichaam en raakte deze na verloop van tijd gescheiden doordat de hypothetische Theia tegen dit hemellichaam botste.

Theia is een veronderstelde planeet, zo groot als de planeet Mars, in het vroege zonnestelsel die, volgens de reuzenbotsingshypothese, ooit in botsing kwam met de vroege aarde, waarbij een deel van het uitgestoten puin samensmolt tot de maan. Deze botsing was snel voorbij en duurde slechts een paar uur. Computersimulaties van botsingen ondersteunen dat het niet uitgesloten is dat dit zo ooit gebeurd is. Theia zou ongeveer zo groot zijn geweest als de planeet Mars. Theia zelf is ergens in het buitenste gedeelte van het zonnestelsel gevormd.

Water?

Sommige wetenschappers veronderstellen ook nog eens dat Theia voldoende water heeft meegebracht om de oceanen van water te voorzien. We spreken daarbij over ongeveer een miljard kubieke kilometer water wat overgedragen is van Theia naar de aarde in een paar uur tijd. Als je dit ooit aan een ander vertelt dan moet je erbij vertellen dat de botsing door de hitte al het water deed verdampen. De kans is klein dat het geheel verdampte water in de buurt van de aarde zal blijven en daarop zal neerslaan en afkoelen. Wetenschappers halen dit erbij omdat ze geen flauw idee hebben waar al die oceanen op het aardoppervlak vandaan komen. En uiteindelijk lost het niets op, want je verplaatst het vraagstuk naar die Theia. Waar haalt Theia dan zijn water vandaan?

Mensen creeëren de randvoorwaarden

Hoe kan de maan ontstaan uit een botsing van twee hemellichamen? Normaalgesproken ligt dan alles in puin. Met een computersimulatie is aangetoond dat het kan, maar dan moet je wel de begincondities als mens precies goed neerzetten. Denk daarbij aan massa, afmeting, snelheid en de raakrichting. In die computersimulatie is Theia niet tegen het midden van de aarde gebotst, maar heeft Theia de aarde geschampt. Daaruit raakte er een stuk aarde los waaruit de maan ontstond. Kortom de mens heeft net zo lang een simulatie uitgevoerd totdat het lukte.

Probleem is nu dat de maan eigenlijk een stuk Theia is en niet een stuk van de aarde. En door enkel toeval, i.p.v. enselijk ingrijpen, is het bijna uitgesloten dat de maan uit een botsing kan zijn ontstaan.

De maan kan ook ontstaan zijn doordat er een wereld zo groot als de aarde, of een wereld zo groot als de maan zelf tegen de aarde botste.

Een Theia groter dan de planeet Mars gaat niet. In dat geval moet de aarde zich eerst mengen met de samenstelling van de aarde en Theia en daarna losbreken waaruit de maan ontstond. De praktijk is net andersom. Eerst breekt het los en daarna zou het moeten mengen, maar dat gaat dan niet meer.

Een planeet kleiner dan de planeet Mars gaat ook niet. Theia zou met een enorme snelheid op het midden van de aarde kunnen botsen, waardoor er juist aan de andere kant van de aarde iets losbreekt. Het is in dit geval niet uit te leggen waar die enorme snelheid van Theia dan vandaan komt.

De maan ontstond uit de aarde via een loslating

Prof. Dr. Wim van Westrenen is Planetoloog aan de Vrije Universiteit van Amsterdam. Hij onderzoekt dat er een stuk van de aarde losbrak waaruit de maan is ontstaan. Er was nooit een botsing. De vraag is alleen hoe dat zomaar kan gebeuren. Misschien was er een explosie on der het oppervlak. Het kan ook zijn dat dit eraf geslingerd werd doordat de aarde vroeger zeker tien keer sneller om zijn as draaide. Op de VU van Amsterdam onderzoekt hij of de samenstelling van binnenkant van de maan ook op de aarde lijkt, of dat die meer op Thea lijkt. Het lijkt erop dat de binenkant van de maan ook op de aarde lijkt.

Kortom Theia heeft waarschijnlijk nooit bestaan. Wees dus voorzichtig met dit verhaal bij het doorvertellen aan anderen. Het is een leuke anekdote om dit aan nietswetende mensen door te geven, maar het berust nauwelijks op feiten en de modellen voor een botsing met Theia zijn lastig te maken.

Robert de Jong