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Venus könnte fast 2 Milliarden Jahre lang von einem Mond gehabt haben
Verlorener Begleiter: Falls die junge Venus nach einem Großimpakt einen Mond bildete, könnte dieser durch seine eigenen Gezeitenkräfte wieder verloren gegangen sein. Modellrechnungen zeigen, dass große Monde oder eine anfangs nur mäßig schnell rotierende Venus ihren Begleiter nach 30 Millionen bis 1,7 Milliarden Jahren verlieren konnten. Andere Ausgangslagen hätten einen erdmondgroßen Satelliten dagegen bis heute erhalten.
Riverside (U.S.A.). Venus und Erde ähneln sich in Größe und Masse, doch bei ihren Monden könnten ihre Geschichten kaum unterschiedlicher sein. Die Erde besitzt einen ungewöhnlich großen Begleiter, die Venus dagegen keinen einzigen und rotiert heute zudem extrem langsam und rückläufig. Ob sie nie einen Mond hatte oder einen früheren Begleiter wieder verlor, ist deshalb seit Langem offen.
Eine als Preprint verfügbare, bereits zur Veröffentlichung angenommene Modellstudie untersucht nun gezielt die zweite Möglichkeit. Das Team berechnete, wie sich die Rotation der Venus und die Bahn eines hypothetischen Mondes gegenseitig verändern, während zugleich die Gezeitenwirkung der Sonne auf den Planeten einwirkt. Dabei variierten die Forscher unter anderem die anfängliche Tageslänge der Venus zwischen fünf und 100 Stunden, die Mondmasse zwischen einem Hundertstel und dem Zehnfachen der Erdmondmasse sowie Bahnform und Gezeitenreibung.
Entscheidend ist der sogenannte Synchronradius. Dort benötigt ein Mond für einen Umlauf genau so lange, wie sich sein Planet einmal dreht. Liegt ein Mond außerhalb dieses Radius, kann er durch Gezeiten zunächst nach außen wandern. Gleichzeitig bremst derselbe Mond jedoch die Rotation der Venus ab. Dadurch verschiebt sich der Synchronradius nach außen und kann den Mond schließlich einholen.
Geschieht das, kehrt sich die Wanderungsrichtung um. Der Satellit bewegt sich wieder auf die Venus zu, bis er die Roche-Grenze erreicht, innerhalb der ihn die Gezeitenkräfte zerreißen würden. Bei der heutigen extrem langsamen Venusrotation läge der Synchronradius sogar bei rund 254 Venusradien und damit deutlich außerhalb des stabilen Einflussbereichs des Planeten. Ein heute vorhandener stabiler Mond würde deshalb grundsätzlich nach innen wandern.
Die Rechnungen zeigen eine scharfe Abhängigkeit von der anfänglichen Rotation und von der Mondmasse. Für einen Mond von ungefähr Erdmondmasse, der auf einer zunächst nahezu kreisförmigen Bahn startet, übersteht der Satellit bei einer anfänglichen Venus-Tageslänge von höchstens rund zwölf Stunden in beiden getesteten Gezeitenmodellen die gesamte simulierte Zeit von 4,5 Milliarden Jahren.
Anders sieht es bei langsamerer Rotation oder größeren Monden aus. Im Modell mit konstantem Gezeiten-Qualitätsfaktor führt eine anfängliche Tageslänge von etwa 15 Stunden oder eine Mondmasse von mindestens rund zwei Erdmonden häufig dazu, dass der Synchronradius die Mondbahn überholt. Der Satellit wird dann nach rund 30 Millionen bis 1,7 Milliarden Jahren an der Roche-Grenze zerstört. In einem konkreten Modellfall mit einem erdmondgroßen Begleiter und 15 Stunden Tageslänge geschieht dies nach knapp einer Milliarde Jahren.
Sehr schnelle Rotation garantiert jedoch ebenfalls nicht in jedem Fall Sicherheit. Bei anfänglichen Tageslängen unter etwa zehn Stunden können exzentrische Bahnen leichter aufgeschaukelt werden, besonders bei kleinen Monden. Außerdem unterscheiden sich die beiden verwendeten Gezeitenmodelle nahe der Synchronisation deutlich. Das alternative Modell mit konstantem Zeitversatz erlaubt in manchen Fällen einen quasi-synchronen Zustand, in dem selbst massereichere Monde länger überleben.
Damit liefert die Studie keinen Nachweis, dass die Venus tatsächlich einen Mond besaß. Sie zeigt vielmehr, welche Anfangsbedingungen einen solchen Begleiter verschwinden lassen könnten. Zugleich muss ein erfolgreiches Szenario zwei heutige Eigenschaften erklären: Der Mond muss verloren gehen und die Venus muss stark abgebremst werden. Beides gelingt in den Simulationen nur in