Sonnenfinsternis : Mond geht vor Sonne

Montagabend verdunkelt sich in den USA die Sonne. Ohne den Mond gäbe es das Phänomen nicht. Und kein Leben.

Jan Berndorff
Sonnenfinsternis in den USA von Küste zu Küste
Sonnenfinsternis in den USA von Küste zu Küste

Das Leben auf der Erde ist abhängig von der Sonne. Das lässt sich während einer totalen Sonnenfinsternis, wie sie Montagabend im Süden der USA stattfinden wird, am eigenen Leib spüren: Wenn die Temperatur plötzlich absinkt, Vögel das Zwitschern einstellen und Blüten sich schließen. Doch der zweite Himmelskörper, der die Verdunklung überhaupt erst möglich macht und in dem Trubel um Sonnen-Corona und Diamantring gern vergessen wird, ist für das Leben auf der Erde mindestens genauso wichtig – der Mond.

Eine katastrophale Kollision entpuppt sich als ideal für das Leben

Als er entstand, gab es in unserem Sonnensystem allerdings noch keine Spur von Leben. Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren stieß der Protoplanet Theia, etwa so groß wie der Mars, mit dem nicht einmal 100 Millionen Jahre alten Vorläufer der Erde zusammen. Die Kerne der beiden Himmelskörper verschmolzen zu einem und die Trümmer der Kollision umkreisten die glühend heiße Protoerde zunächst wie die Ringe des Saturns. Eine Katastrophe, die sich jedoch als Glücksfall entpuppte. Zwar diskutieren Wissenschaftler noch, ob Theia die Erde frontal oder doch eher in flachem Winkel traf. „Aber es herrscht inzwischen Konsens, dass es der Einschlag eines etwa marsgroßen Körpers war, der zur Bildung des Mondes führte“, sagt der Geophysiker Kai Wünnemann, Leiter der Abteilung für Impakt- und Meteoritenforschung am Museum für Naturkunde in Berlin. Vor allem die sehr ähnliche Zusammensetzung von Mond- und Erdgestein weise darauf hin. Außerdem zeigen diverse Computersimulationen, dass eine solche Kollision tatsächlich die Ausformung eines Planetentrabanten dieser Größe zur Folge hat.

Demnach dauerte es nur einige tausend Jahre, bis die Trümmer auf ihrem Erdorbit zu einem Mond verklumpten. Zu dieser Zeit kreiste er nicht einmal 50 000 Kilometer entfernt um die Erde (heute sind es rund 384 000). „Der Mond stand zehn- bis zwanzigmal größer am Himmel als heute“, sagt der französische Astrophysiker Bernard Foing von der Europäischen Raumfahrtagentur ESA, der die SMART-1 Mondmission leitete. Entsprechend stärker war damals auch die wichtigste Kraft, die der Mond auf die Erde ausübt: seine Anziehungskraft. Sie sorgt für die Gezeiten, die für das Leben auf Erden eine bedeutsame Rolle spielen.

Ein Erdentag dauerte nur acht Sunden

Auf dem offenen Meer liegt der Unterschied zwischen Ebbe und Flut, der sogenannte Tidenhub, bei rund 75 Zentimetern; je nach Form der Küste kann er am Meeresrand auch mal zehn Meter übersteigen. Und sogar das Land verformt sich, wenn der Mond daran zieht. Zwar nur um wenige Zentimeter, aber die Ausbeulungen der Kontinente sind messbar.

Damals, kurz nach der Entstehung des Mondes, war der Tidenhub jedoch ein ganz anderer: „Er könnte auf dem Meer hunderte Meter oder noch mehr betragen haben“, schreiben die US-Forscher Peter D. Ward und Donald Brownlee, beide an der Universität von Washington, in ihrem Buch „Unsere einsame Erde“. Außerdem drehte sich die Erde viel schneller: Ein Tag dauerte nur acht Stunden. Ebbe und Flut folgten viel rascher aufeinander. Erst mit den Jahrmillionen und Jahrmilliarden wurden die Tage länger, weil die Erdrotation abbremste, und die Tiden wurden kleiner, weil sich der Mond allmählich von der Erde entfernte.

Verantwortlich für beide Effekte sind die Gezeiten selbst: Weil die Erde sich beim Rotieren ständig verformt, geht Rotationsenergie über die resultierende Reibung als Wärme verloren; die Drehung wird langsamer (ein Erdentag dauert darum jedes Jahr 17 Mikrosekunden länger). Und die Energie, die dort verloren geht, wird übertragen auf den Bahndrehimpuls des Mondes: Seine Bahn wird größer, er entfernt sich von der Erde pro Jahr um knapp vier Zentimeter.

Mondbedingter Tidenhub beeinflusste die Ursuppe

Demzufolge waren die Tiden auch vor rund 3,8 Milliarden Jahren noch erheblich stärker ausgeprägt als heute. Zig Kilometer weit drang das Meerwasser bei Flut ins Land vor. Entsprechend groß waren die Gebiete, die mal überschwemmt und mal trocken waren. Und eben dort in den Pfützen des Watts könnten zu jener Zeit die ersten primitiven Lebensformen entstanden sein. Der entscheidende Schritt muss gewesen sein, dass sich die wichtigsten Bausteine des Lebens, die komplexen Moleküle Desoxyribonukleinsäure (DNS) und Ribonukleinsäure (RNS), aus einer Ansammlung verschiedenster einfacherer Moleküle zusammensetzten und vervielfältigten. „Durch irgendeinen Effekt müssen sie so konzentriert worden sein, dass die Moleküle polymerisieren, also aus kleinen größere, komplexere bilden konnten“, sagt Chris R. Benn, leitender Astronom der Isaac Newton Teleskop-Gruppe auf der Kanareninsel La Palma. Und dies funktionierte damals wohl nur über zyklisches Zusammensetzen und Wiederaufspalten. „So etwas geht vor allem dann, wenn die Bausteine Wasser verlieren“, sagt Kevin Zahnle, ein Planetologe am NASA Ames Research Center in Kalifornien. „Also war es wohl eine wässrige Moleküllösung, die durch einen natürlichen Prozess konzentriert wurde. Und eine naheliegende Möglichkeit ist da, diese Lösung bei Flut auf einen heißen Stein zu werfen, wovon sich das Wasser wieder zurückzieht oder verdunstet.“ Die Ursuppe wäre demnach regelrecht aufgekocht worden.

Wenn sich der Mond in die erste Reihe vor die Sonne schiebt, erinnert er daran, dass auch er wichtig für die Evolution von Leben auf der Erde war.
Wenn sich der Mond in die erste Reihe vor die Sonne schiebt, erinnert er daran, dass auch er wichtig für die Evolution von Leben...Foto: Nasa/Sdo, Lro, Gsfc

Der Molekularbiologe Richard Lathe von der schottischen Universität von Edinburgh hat in einer Studie dargelegt, dass die damaligen, sehr schnellen Gezeitenzyklen leicht zur Bildung von Vorläufer-Nukleinsäuren geführt haben könnten. Bei Ebbe zu Paaren verbunden hätten sich die Molekülstränge bei Flut durch die geringere Salzkonzentration wieder getrennt. Ein „selbstreproduzierendes System“ wäre entstanden, aus dem irgendwann die Desoxyribonukleinsäure hervorgegangen ist. „Ohne die Mondgezeiten wäre die Chance für die Bildung von Nukleinsäuren auf der Erde deutlich geringer gewesen“, sagt Lathe.

Der Mond könnte das Leben auf Erden also möglicherweise mit angestoßen haben. Viel sicherer sind sich Forscher indes, dass sich dieses Leben ohne den Mond kaum hätte halten und weiterentwickeln können. Denn der Mond stabilisiert die Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne – und schuf so über Jahrmilliarden hinweg verhältnismäßig stabile Klimaverhältnisse: Zeit und Ruhe für eine lange währende Evolution.

Gezähmte Ekliptik stabilisierte das Klima

Das liegt an der Rotationsachse der Erde, die nicht genau senkrecht zur Ebene ihres Sonnen-Umlaufs steht, sondern leicht schräg. Der Winkel zwischen ihr und der Senkrechten beträgt rund 23,5 Grad; „Ekliptik“ nennen Astronomen das. Sie ist verantwortlich für die Jahreszeiten: Im Nordsommer ist der Nordpol der Sonne zugeneigt, im Nordwinter der Südpol - die Tage der jeweiligen Hemisphäre sind dann etwas länger und sie bekommt mehr Sonne ab.

Diese Erdneigung ist keineswegs konstant. Sie schwankt über die Jahrtausende und Jahrmillionen zwischen 22 und 25 Grad. Das liegt am Einfluss der Gravitation anderer Himmelskörper, etwa Jupiter und Saturn. Die Schwankungen der Ekliptik waren im Laufe der Erdhistorie mit verantwortlich für den Wechsel zwischen Warm- und Eiszeiten. Ohne Mond allerdings wären die Klimaveränderungen weitaus heftiger ausgefallen.

Der französische Astronom Jacques Laskar vom Bureau des Longitudes in Paris hat simuliert, wie es um die Ekliptik ohne Mond bestellt wäre: Die Erde würde in einer Taumelbewegung um die Sonne kreisen, die das Klima Purzelbäume schlagen ließe. Die Erdneigung würde zwischen 0 und 84 Grad pendeln. Schon mit einer Schlagseite ab 60 Grad würden die Sommertemperaturen in Mitteleuropa 60 Grad Celsius übersteigen, da die Sonne trotz Erddrehung auch nachts scheinen würde. Die Winter wären minus 50 Grad kalt. An den Polen, die dann jeweils ein ganzes halbes Jahr voll in der Sonne oder im Erdschatten stünden, wären die Extreme noch heftiger. Und alle paar Millionen Jahre würden sich die Verhältnisse wieder komplett ändern. „Unter diesen Umständen wäre es mehr als fraglich, ob die Ökosysteme lang genug stabil blieben, um höheres Leben hervorzubringen“, sagt der Astronom und Wissenschaftsblogger Florian Freistetter aus Jena. „Zumal es selbst mit dem langfristig recht stabilen Klima der Erde 90 Prozent der Lebenszeit unseres Planeten dauerte, bis sich die Landtiere entwickelt hatten“, sagt Geowissenschaftler Peter Ward.

Schon bald kann der Mond die Sonne nicht mehr ganz verdunkeln

Der Mond wirkt also wie ein Anker, der dieses Taumeln verhindert und unser Heimatschiff Erde ruhig hält. „Es ist mehr als wahrscheinlich“, so Freistetter, „dass wir unsere Existenz seinem Vorhandensein zu verdanken haben.“

Bleibt zu fragen, ob die Ankerwirkung des Mondes nicht allmählich nachlässt, wenn er sich mit der Zeit weiter entfernt. Droht demnächst doch ein Kippen der Erdachse? „Erst in zwei Milliarden Jahren wird der Mond so weit weg sein, dass die Erde kippen könnte“, beruhigen Ward und Brownlee. Es bleibt also noch ein Weilchen Zeit.

Schon in etwa 600 Millionen Jahren ist der Mond allerdings so weit von der Erde entfernt und erscheint dem Betrachter dann so klein, dass der Trabant die Sonne nicht mehr voll abdeckt. Dann wird man auf der Erde keine totale Sonnenfinsternis mehr bewundern können.

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