Theia und Erde waren Nachbarn

Der Körper, der vor 4,5 Milliarden Jahren in die Erde einschlug und so den Mond schuf, stammte wohl aus dem inneren Sonnensystem 

Auf den Punkt gebracht

• Mond entstand dank Theia: Kurz nachdem Sonne und Planeten vor 4,5 Milliarden Jahren Form annahmen, kollidierte Theia, ein Himmelskörper etwa so groß wie Mars, mit der Erde. Aus den Trümmern entstand der Mond. 
• Zusammensetzung des Impaktors: In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Science bestimmen Forschende die mögliche Zusammensetzung von Theia. Diese unterscheidet sich vor allem durch bestimmte Isotopenverhältnisse vom ursprünglichen Erdmaterial.
• Suche nach Geburtsort: Aus den Isotopenverhältnissen des Einschlagskörpers lässt sich auf seinen Entstehungsort schließen. Dieser liegt im inneren Sonnensystem, wahrscheinlich sonnennäher als der der Erde.
• Mondproben im Labor: Bei den Analysen kam Mondgestein der Apollo-Missionen zum Einsatz. Erstmals nutzen Forschende das Verhältnis der Eisenisotope darin, um den Ursprung von Theia zu bestimmen. 

Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren kam es zu dem wohl folgenreichsten Ereignis in der Geschichte unseres Planeten: Ein gewaltiger Himmelskörper, genannt Theia, schlug in die junge Erde ein. Wie sich der Zusammenstoß abspielte und was genau danach geschah, ist nicht endgültig geklärt. Sicher ist jedoch, dass sich als Folge Größe, Aufbau, Zusammensetzung und Umlaufbahn der Erde veränderten – und dass der Einschlag die Geburtsstunde unseres ständigen Begleiters im All, des Mondes, war.

Was war das für ein Körper, der den Werdegang unseres Planeten so dramatisch umschrieb? Wie groß war Theia? Aus welchem Material bestand sie? Und aus welchem Teil des Sonnensystems raste sie auf die Erde zu? Antworten auf solche Fragen zu finden, ist schwierig. Schließlich wurde Theia bei der Kollision vollständig zerstört. Dennoch finden sich noch heute Spuren von ihr, etwa in der Zusammensetzung der heutigen Erde und des Mondes. In der aktuellen Untersuchung, die am 20. November 2025 in der Fachzeitschrift Science erscheint, schließen Forschende unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung und der Universität von Chicago auf diesem Wege auf die mögliche „Zutatenliste“ von Theia – und so auf ihren Entstehungsort.

Besonders aussagekräftig sind die Verhältnisse, in denen bestimmte Metallisotope in einem Körper vorliegen. Isotope sind Varianten desselben Elements, die sich allein durch die Anzahl ihrer Neutronen im Atomkern – und damit durch ihr Gewicht – unterscheiden. Schon in der Molekülwolke, aus der zunächst unsere Sonne und die protoplanetare Scheibe und dann die Planeten in der Scheibe entstanden, waren die Isotope dieser Elemente offenbar nicht gleichmäßig verteilt. Vielmehr muss es je nach Abstand zum Zentrum schon damals Unterschiede in den Isotopenverhältnissen gegeben haben. Dementsprechend entstanden die damals noch wachsenden planetaren Körper aus Baumaterial mit unterschiedlichen Isotopenzusammensetzungen, abhängig davon, ob sich das Material nah oder fern der Sonne zusammenballte. Die Isotopenzusammensetzung der Erde liefert daher Informationen über die Herkunft ihres ursprünglichen Baumaterials.

Suche nach Spuren von Theia in Erde und Mond

In der aktuellen Studie bestimmt das Forscherteam erstmals das Verhältnis verschiedener Eisenisotope in Erd- und Mondgestein mit bisher unerreichter Genauigkeit. Dafür untersuchen sie 15 Proben typischen Erdgesteins und sechs Gesteinsproben, die Astronauten der Apollo-Missionen zurück zur Erde gebracht haben. Das Ergebnis überrascht kaum: Wie schon frühere Messungen der Isotopenverhältnisse von Chrom, Kalzium, Titan und Zirkonium ergeben hatten, sind Erde und Mond in dieser Hinsicht nicht unterscheidbar. 

Doch die große Ähnlichkeit von Erde und Mond erlaubt zunächst keinen direkten Rückschluss auf Theia. Dafür sind zu viele Szenarien denkbar. Zwar gehen die meisten Modelle davon aus, dass sich der Mond fast ausschließlich aus Material von Theia formte. Es ist aber auch möglich, dass er vornehmlich aus Material des frühen Erdmantels besteht oder dass sich das Gestein von Erde und Theia untrennbar durchmischte.

Reverse Engineering eines Planeten

Um dennoch mehr über Theia zu erfahren, wandten die Forschenden eine Art Reverse Engineering für Planeten an. Dafür betätigen sie keine aufwendigen Computermodelle, die verschiedene Einschlagsszenarien von Theia simulieren, sondern fokussieren sich auf die Isotopenmischungen im Erd- und Mondgestein. Ausgehend von der Tatsache, dass die Isotopenverhältnisse beider Körper übereinstimmen, spielten das Team durch, welche Zusammensetzungen und Größen von Theia und welche Zusammensetzung der frühen Erde zu dem heute existenten System aus Erde und Mond geführt haben könnten. Die Forschenden schauten in ihren Untersuchungen nicht nur auf Eisenisotope, sondern auch auf solche von Chrom, Molybdän und Zirkonium. Die verschiedenen Elemente liefern nämlich Informationen über unterschiedliche Phasen der Entstehung der Erde.

Stahl für die Bauindustrie dank Theia

Aber woher lässt sich wissen, welches Material schon da war und welches von Theia dem System Erde-Mond zugeführt wurde? Lange vor der verheerenden Begegnung mit Theia hatte sich im Innern der frühen Erde eine Art Sortierprozess abgespielt. Mit Entstehung des Eisenkerns reicherten sich manche Elemente wie etwa Eisen oder Molybdän dort an; im Gesteinsmantel fehlten sie danach weitgehend. Das Eisen, das sich heute im Erdmantel findet, kann also erst nach der Kernbildung „zugereist“ sein, etwa an Bord von Theia.

Das allgegenwärtige Metall, aus dem Menschen Werkzeuge, Schiffe oder Brücken herstellten, könnte also vor allem Theia zu verdanken sein. Ein anderes Element ist Zirkonium, es ist sehr widerstandsfähig und unterliegt kaum Veränderungen. Es steckt solange die Erde existiert im Mantel und ist nicht in den Kern gesunken. Zirkonium dokumentiert damit nicht nur ein Zeitfenster, sondern die gesamte Entstehungsgeschichte unseres Planeten. Die Forschenden nutzen diese verschiedenen Informationsträger und ihr Wissen über geologische Prozesse im Inneren der Erde von ihrer frühen Phase als Glutball bis heute, um zu definieren, aus welchem Material und welcher Materialmischung Theia bestanden haben muss und schließlich auch, aus welchem Teil der frühen Gas- und Staubscheibe dieses Material stammte, ehe es Theia formte. 

Meteoriten als Referenz

Laut den Forschungsergebnissen unterscheiden sich insbesondere die Isotopenverhältnisse von Theias Material von denen der Erde. Sie sind also „nicht von dieser Welt“ und auch heute noch als solche im Gemenge des Erdmaterials identifizierbar. Bei der rechnerischen Bestimmung ergeben sich aber durchaus mehrere Szenarien und Zusammensetzungen von Erde und Theia vor deren Zusammenstoß. Einige scheiden aber als unplausibel aus, etwa, da sie nicht vereinbar sind mit dem Wissen über die frühe Planetenentstehung, welches auch durch die Analyse von Meteoriten gewachsen ist. 

Meteoritengestein, das auf der Erde nach Einschlägen analysierbar ist, ist so alt wie das Sonnensystem. Es lässt auf eine Zeit zurückblicken, in der Planeten und andere Körper entstanden. Meteoriten dienen deshalb als Referenz für das Baumaterial, das bei der Entstehung der frühen Erde und von Theia zur Verfügung stand. An Hand ihrer Isotopenverhältnisse werden sie in verschiedene Klassen eingeteilt: Die einen stammen aus dem damaligen inneren Bereich der planetenbildenden Scheibe, die anderen aus dem äußeren Bereich. Die Isotopenverhältnisse des Erdmantels gleichen am nächsten den Meteoriten aus dem inneren Sonnensystem. Die Isotope, die das Team in der Studie Theia zuordnet, haben Verhältnisse, die bislang unbekannt waren und nicht mit den Bausteinen der Erde zusammenpassen. Durch einen Abgleich mit Meteoritenklassen folgern die Forschenden konkret, dass Theia aus dem inneren Teil des frühen Sonnensystems stammen musste, näher an der Sonne als die heutige Erdbahn. 

MPG/BEU