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Erklärung der Mondlosigkeit? Venus könnte ihren Begleiter „gefressen“ haben
Die Venus hat heute keinen Mond, obwohl sie der Erde in Größe und Masse ähnelt. Neue Modellrechnungen zeigen, dass ein hypothetischer früher Begleiter unter plausiblen Bedingungen zunächst nach außen wandern, später aber wieder nach innen stürzen und an der Roche-Grenze zerbrechen konnte. Ob ein Venusmond jemals entstand, bleibt allerdings offen.
Riverside (U.S.A.). Erde und Venus ähneln sich in Größe und Masse, ihre Rotations- und Mondgeschichte könnte aber sehr verschieden verlaufen sein. Unser Mond entfernt sich langsam von der Erde, während die Venus heute rückläufig und extrem langsam rotiert. Für eine Umdrehung benötigt sie rund 243 Erdentage.
Damit liegt die synchrone Umlaufbahn, auf der ein Mond genauso lange für einen Umlauf braucht wie sein Planet für eine Rotation, heute weit außerhalb des stabilen Bereichs um die Venus. Ein heutiger Satellit würde deshalb innerhalb dieser Grenze kreisen und durch Gezeitenkräfte nach innen wandern. Unklar war, ob ein früh entstandener Mond trotzdem Milliarden Jahre hätte überleben können.
Forscher der University of California, Riverside (UCR) um Stephen Kane haben nun die gekoppelte Entwicklung von Venusrotation und Mondbahn modelliert. Das Team variierte die anfängliche Rotationsperiode der Venus zwischen fünf und 100 Stunden, die Mondmasse zwischen einem Hundertstel und dem Zehnfachen der Erdmondmasse sowie Bahnform, Anfangsabstand und Stärke der Gezeitenreibung. Zwei unterschiedliche Modelle für die innere Reaktion eines Gesteinsplaneten auf Gezeiten sollten zeigen, wie robust die Ergebnisse sind.
„Wir wissen, dass sich der Mond langsam von der Erde entfernt, mit einer Rate von ungefähr vier Zentimetern pro Jahr“, sagt Stephen Kane.
Der Grund dafür ist der Austausch von Drehimpuls. Rotiert ein Planet schneller, als sein Mond ihn umrundet, kann die Gezeitenwirkung den Satelliten nach außen treiben und zugleich den Planeten abbremsen. Dadurch wächst jedoch auch der sogenannte synchrone Radius. Überholt diese Grenze die Mondbahn, kehrt sich die Wanderungsrichtung um und der Satellit spiralt nach innen.
Bei idealisiert kreisförmigen Bahnen überlebte ein Mond mit Erdmondmasse in beiden Modellen über 4,5 Milliarden Jahre, wenn sich die junge Venus anfangs in höchstens rund zwölf Stunden drehte. Berücksichtigten die Forscher zusätzlich eine exzentrische Bahn, wurde das Fenster enger. Bei Rotationsperioden unter etwa zehn Stunden konnte die Exzentrizität anwachsen und vor allem masseärmere Monde destabilisieren. Für einen Mond mit Erdmondmasse war eine anfängliche Rotationsperiode von ungefähr zehn bis zwölf Stunden bei geringer Exzentrizität besonders günstig.
Größere Monde sind dabei nicht automatisch stabiler. Ihre Gezeitenwirkung bremst die Venus besonders stark ab, wodurch sich der synchrone Radius schneller nach außen verschiebt. Im Modell mit konstantem Gezeitenqualitätsfaktor wurden Monde ab ungefähr zwei Erdmondmassen oder Monde um eine anfänglich langsamer als etwa 15 Stunden rotierende Venus innerhalb von rund 30 Millionen bis 1,7 Milliarden Jahren bis zur Roche-Grenze getrieben. Dort kann die Gezeitenkraft des Planeten einen Satelliten zerreißen.
„Meine Studie zeigt, dass die Venus keine Katastrophe brauchte, um in den Zustand zu gelangen, den wir heute sehen. Es stellt sich heraus, dass die Schwerkraft des Planeten selbst zusammen mit der Geschwindigkeit, mit der er rotiert, auf natürliche Weise dazu führte, dass der Mond auf den Planeten stürzte“, sagt Stephen Kane.
Das Ergebnis ist allerdings kein universelles Schicksal für jeden denkbaren Venusmond. Im zweiten, zeitverzögerten Gezeitenmodell konnten massereiche Monde bei schneller Anfangsrotation einen nahezu synchronen Zustand erreichen und sehr lange überleben. Die Autoren betonen zudem, dass keines der beiden vereinfachten Modelle die Rheologie eines Gesteinsplaneten vollständig beschreibt. Atmosphärische thermische Gezeiten, die die Venusrotation zusätzlich beeinflussen können, wurden nicht mitgerechnet. Nach