Dankie dat u Nature.com besoek het. Die blaaierweergawe wat u gebruik, het beperkte CSS-ondersteuning. Vir die beste ervaring beveel ons aan dat u 'n opgedateerde blaaier gebruik (of Verenigbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer). Intussen, om voortgesette ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder style en JavaScript weergee.
Vlugtig en ryk aan organiese materiaal, C-tipe asteroïdes mag een van die hoofbronne van water op Aarde wees. Tans gee koolstofhoudende chondriete die beste idee van hul chemiese samestelling, maar inligting oor meteoriete is verwring: slegs die mees duursame tipes oorleef om die atmosfeer binne te gaan en dan met die aarde se omgewing in wisselwerking te tree. Hier bied ons die resultate aan van 'n gedetailleerde volumetriese en mikroanalitiese studie van die primêre Ryugu-deeltjie wat deur die Hayabusa-2-ruimtetuig na die Aarde afgelewer is. Ryugu-deeltjies toon 'n noue ooreenstemming in samestelling met chemies ongefraksioneerde maar waterveranderde CI (Iwuna-tipe) chondriete, wat wyd gebruik word as 'n aanduiding van die algehele samestelling van die sonnestelsel. Hierdie monster toon 'n komplekse ruimtelike verhouding tussen ryk alifatiese organiese stowwe en gelaagde silikate en dui op 'n maksimum temperatuur van ongeveer 30 °C tydens watererosie. Ons het 'n oorvloed deuterium en diasonium gevind wat ooreenstem met 'n ekstrasolêre oorsprong. Ryugu-deeltjies is die mees onbesoedelde en onafskeidbare uitheemse materiaal wat ooit bestudeer is en pas die beste by die algehele samestelling van die sonnestelsel.
Van Junie 2018 tot November 2019 het die Japan Lugvaart-eksplorasieagentskap (JAXA) se Hayabusa2-ruimtetuig 'n uitgebreide afstandsondersoek van die asteroïde Ryugu uitgevoer. Data van die Nabye Infrarooi Spektrometer (NIRS3) by Hayabusa-2 dui daarop dat Ryugu moontlik uit 'n materiaal soortgelyk aan termies en/of skok-metamorfe koolstofhoudende chondriete bestaan. Die naaste ooreenstemming is CY-chondriet (Yamato-tipe) 2. Ryugu se lae albedo kan verklaar word deur die teenwoordigheid van 'n groot aantal koolstofryke komponente, sowel as deeltjiegrootte, porositeit en ruimtelike verweringseffekte. Die Hayabusa-2-ruimtetuig het twee landings en monsterversameling op Ryuga gemaak. Tydens die eerste landing op 21 Februarie 2019 is oppervlakmateriaal verkry, wat in kompartement A van die terugkeerkapsule gestoor is, en tydens die tweede landing op 11 Julie 2019 is materiaal versamel naby 'n kunsmatige krater wat deur 'n klein draagbare impaktor gevorm is. Hierdie monsters word in Saal C gestoor. Aanvanklike nie-vernietigende karakterisering van die deeltjies in Fase 1 in spesiale, onbesoedelde en suiwer stikstofgevulde kamers by JAXA-bestuurde fasiliteite het aangedui dat die Ryugu-deeltjies die meeste soortgelyk was aan CI4-chondriete en "verskillende vlakke van variasie"3 vertoon het. Die skynbaar teenstrydige klassifikasie van Ryugu, soortgelyk aan CY- of CI-chondriete, kan slegs opgelos word deur gedetailleerde isotopiese, elementêre en mineralogiese karakterisering van Ryugu-deeltjies. Die resultate wat hier aangebied word, bied 'n stewige basis om te bepaal watter van hierdie twee voorlopige verklarings vir die algehele samestelling van asteroïde Ryugu die mees waarskynlike is.
Agt Ryugu-pellets (ongeveer 60 mg totaal), vier van Kamer A en vier van Kamer C, is aan Fase 2 toegewys om die Kochi-span te bestuur. Die hoofdoel van die studie is om die aard, oorsprong en evolusionêre geskiedenis van die asteroïde Ryugu te verduidelik, en om ooreenkomste en verskille met ander bekende buiteaardse monsters soos chondriete, interplanetêre stofdeeltjies (IDP's) en terugkerende komete te dokumenteer. Monsters versamel deur NASA se Stardust-sending.
Gedetailleerde mineralogiese analise van vyf Ryugu-korrels (A0029, A0037, C0009, C0014 en C0068) het getoon dat hulle hoofsaaklik uit fyn- en grofkorrelrige filosilikate bestaan ​​(~64–88 vol.%; Fig. 1a, b, Aanvullende Fig. 1). en bykomende tabel 1). Grofkorrelrige filosilikate kom voor as geveerde aggregate (tot tiene mikron in grootte) in fynkorrelrige, filosilikaatryke matrikse (minder as 'n paar mikron in grootte). Gelaagde silikaatdeeltjies is serpentyn-saponiet-simbionte (Fig. 1c). Die (Si + Al)-Mg-Fe-kaart toon ook dat die grootmaat-gelaagde silikaatmatriks 'n intermediêre samestelling tussen serpentyn en saponiet het (Fig. 2a, b). Die filosilikaatmatriks bevat karbonaatminerale (~2–21 vol.%), sulfiedminerale (~2.4–5.5 vol.%) en magnetiet (~3.6–6.8 vol.%). Een van die deeltjies wat in hierdie studie ondersoek is (C0009) het 'n klein hoeveelheid (~0.5 vol.%) anhidriese silikate (olivien en pirokseen) bevat, wat kan help om die bronmateriaal te identifiseer waaruit die rou Ryugu-klip5 bestaan ​​het. Hierdie anhidriese silikaat is skaars in Ryugu-pellets en is slegs positief in C0009-pellet geïdentifiseer. Karbonate is in die matriks teenwoordig as fragmente (minder as 'n paar honderd mikron), meestal dolomiet, met klein hoeveelhede kalsiumkarbonaat en brinell. Magnetiet kom voor as geïsoleerde deeltjies, framboïede, plate of sferiese aggregate. Sulfiede word hoofsaaklik deur pirrotiet verteenwoordig in die vorm van onreëlmatige seshoekige prismas/plate of latten. Die matriks bevat 'n groot hoeveelheid submikron pentlandiet of in kombinasie met pirrotiet. Koolstofryke fases (<10 µm in grootte) kom alomteenwoordig in die filosilikaatryke matriks voor. Koolstofryke fases (<10 µm in grootte) kom alomteenwoordig in die filosilikaatryke matriks voor. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой philлосиликатами матрице. Koolstofryke fases (<10 µm in grootte) kom alomteenwoordig in die filosilikaatryke matriks voor.富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。 Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) преобладают в богатой philosophy matriek. Koolstofryke fases (<10 µm in grootte) oorheers in die filosilikaatryke matriks.Ander bykomende minerale word in Aanvullende Tabel 1 getoon. Die lys van minerale wat bepaal is uit die X-straaldiffraksiepatroon van die C0087 en A0029 en A0037 mengsel is baie in ooreenstemming met dié wat bepaal is in die CI (Orgueil) chondriet, maar verskil baie van die CY en CM (Mighei tipe) chondriete (Figuur 1 met uitgebreide data en Aanvullende Figuur 2). Die totale elementinhoud van Ryugu-korrels (A0098, C0068) is ook in ooreenstemming met chondriet 6 CI (uitgebreide data, Fig. 2 en Aanvullende Tabel 2). In teenstelling hiermee is CM-chondriete uitgeput in matig en hoogs vlugtige elemente, veral Mn en Zn, en hoër in vuurvaste elemente7. Die konsentrasies van sommige elemente wissel baie, wat 'n weerspieëling kan wees van die inherente heterogeniteit van die monster as gevolg van die klein grootte van individuele deeltjies en die gevolglike monsternemingsvooroordeel. Alle petrologiese, mineralogiese en elementêre eienskappe dui daarop dat Ryugu-korrels baie soortgelyk is aan chondriete CI8,9,10. 'n Noemenswaardige uitsondering is die afwesigheid van ferrihidriet en sulfaat in Ryugu-korrels, wat daarop dui dat hierdie minerale in CI-chondriete deur terrestriële verwering gevorm is.
a, Saamgestelde X-straalbeeld van Mg Kα (rooi), Ca Kα (groen), Fe Kα (blou), en S Kα (geel) drooggepoleerde snit C0068. Die fraksie bestaan ​​uit gelaagde silikate (rooi: ~88 vol%), karbonate (dolomiet; liggroen: ~1.6 vol%), magnetiet (blou: ~5.3 vol%) en sulfiede (geel: sulfied = ~2.5% vol. opstel. b, beeld van die kontoergebied in terugverstrooide elektrone op a. Bru – onvolwasse; Dole – dolomiet; FeS is ystersulfied; Mag – magnetiet; sap – seepsteen; Srp – serpentyn. c, hoëresolusie-transmissie-elektronmikroskopie (TEM) beeld van 'n tipiese saponiet-serpentyn-intergroei wat serpentyn- en saponietroosterbande van onderskeidelik 0.7 nm en 1.1 nm toon.
Die samestelling van die matriks en gelaagde silikaat (teen %) van Ryugu A0037 (soliede rooi sirkels) en C0068 (soliede blou sirkels) deeltjies word getoon in die (Si+Al)-Mg-Fe ternêre stelsel. a, Elektron Probe Mikroanalise (EPMA) resultate geplot teen CI chondriete (Ivuna, Orgueil, Alais)16 getoon in grys vir vergelyking. b, Skandeer TEM (STEM) en energie dispersiewe X-straal spektroskopie (EDS) analise getoon vir vergelyking met Orgueil9 en Murchison46 meteoriete en gehidreerde IDP47. Fynkorrelrige en grofkorrelrige filosilikate is geanaliseer, met vermyding van klein deeltjies ystersulfied. Die stippellyne in a en b toon die oplossingslyne van saponiet en serpentyn. Die ysterryke samestelling in a kan te wyte wees aan submikron ystersulfiedkorrels binne die gelaagde silikaatkorrels, wat nie uitgesluit kan word deur die ruimtelike resolusie van die EPMA-analise nie. Datapunte met 'n hoër Si-inhoud as die saponiet in b kan veroorsaak word deur die teenwoordigheid van nanogrootte amorfe silikonryke materiaal in die tussenruimtes van die filosilikaatlaag. Aantal ontledings: N=69 vir A0037, N=68 vir EPMA, N=68 vir C0068, N=19 vir A0037 en N=27 vir C0068 vir STEM-EDS. c, isotoopkaart van trioksideeltjie Ryugu C0014-4 in vergelyking met chondrietwaardes CI (Orgueil), CY (Y-82162) en literatuurdata (CM en C2-ung)41,48,49. Ons het data verkry vir die Orgueil- en Y-82162-meteoriete. CCAM is 'n lyn van anhidriese koolstofhoudende chondrietminerale, TFL is 'n landskeidingslyn. d, Δ17O en δ18O kaarte van Ryugu-deeltjie C0014-4, CI-chondriet (Orgueil), en CY-chondriet (Y-82162) (hierdie studie). Δ17O_Ryugu: Die waarde van Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Gemiddelde Δ17O-waarde vir Orgueil. Δ17O_Y-82162: Gemiddelde Δ17O-waarde vir Y-82162. CI- en CY-data uit die literatuur 41, 48, 49 word ook vir vergelyking getoon.
Massa-isotoop-analise van suurstof is uitgevoer op 'n 1.83 mg monster van materiaal wat deur laserfluorinering uit korrelvormige C0014 onttrek is (Metodes). Ter vergelyking het ons sewe kopieë van Orgueil (CI) (totale massa = 8.96 mg) en sewe kopieë van Y-82162 (CY) (totale massa = 5.11 mg) uitgevoer (Aanvullende Tabel 3).
Fig. 2d toon 'n duidelike skeiding van Δ17O en δ18O tussen die gewigsgemiddelde deeltjies van Orgueil en Ryugu in vergelyking met Y-82162. Die Δ17O van die Ryugu C0014-4-deeltjie is hoër as dié van die Orgeil-deeltjie, ten spyte van die oorvleueling by 2 standaardafwykings. Ryugu-deeltjies het hoër Δ17O-waardes in vergelyking met Orgeil, wat laasgenoemde se terrestriële besoedeling sedert sy val in 1864 kan weerspieël. Verwering in die terrestriële omgewing11 lei noodwendig tot die inkorporering van atmosferiese suurstof, wat die algehele analise nader aan die terrestriële fraksioneringslyn (TFL) bring. Hierdie gevolgtrekking stem ooreen met die mineralogiese data (vroeër bespreek) dat Ryugu-korrels nie hidrate of sulfate bevat nie, terwyl Orgeil dit wel doen.
Gebaseer op die bogenoemde mineralogiese data, ondersteun hierdie resultate 'n assosiasie tussen Ryugu-korrels en CI-chondriete, maar sluit 'n assosiasie van CY-chondriete uit. Die feit dat Ryugu-korrels nie met CY-chondriete geassosieer word nie, wat duidelike tekens van dehidrasiemineralogie toon, is raaiselagtig. Orbitale waarnemings van Ryugu blyk aan te dui dat dit dehidrasie ondergaan het en dus waarskynlik uit CY-materiaal bestaan. Die redes vir hierdie oënskynlike verskil bly onduidelik. 'n Suurstofisotoop-analise van ander Ryugu-deeltjies word in 'n gepaardgaande artikel 12 aangebied. Die resultate van hierdie uitgebreide datastel stem egter ook ooreen met die assosiasie tussen Ryugu-deeltjies en CI-chondriete.
Deur gebruik te maak van gekoördineerde mikroanalisetegnieke (Aanvullende Fig. 3), het ons die ruimtelike verspreiding van organiese koolstof oor die hele oppervlakarea van die gefokusde ioonbundelfraksie (FIB) C0068.25 ondersoek (Fig. 3a-f). Fynstruktuur X-straal absorpsiespektra van koolstof (NEXAFS) aan die nabye rand in seksie C0068.25 wat verskeie funksionele groepe toon – aromaties of C=C (285.2 eV), C=O (286.5 eV), CH4 (287.5 eV) en C(=O)O (288.8 eV) – die grafeenstruktuur is afwesig by 291.7 eV (Fig. 3a), wat 'n lae mate van termiese variasie beteken. Die sterk CH4-piek (287.5 eV) van die gedeeltelike organiese stowwe van C0068.25 verskil van die onoplosbare organiese stowwe van voorheen bestudeerde koolstofhoudende chondriete en is meer soortgelyk aan IDP14 en komeetdeeltjies wat deur die Stardust-sending verkry is. 'n Sterk CH-piek teen 287.5 eV en 'n baie swak aromatiese of C=C-piek teen 285.2 eV dui daarop dat organiese verbindings ryk is aan alifatiese verbindings (Fig. 3a en Aanvullende Fig. 3a). Gebiede ryk aan alifatiese organiese verbindings is gelokaliseer in grofkorrelrige filosilikate, sowel as in gebiede met 'n swak aromatiese (of C=C) koolstofstruktuur (Fig. 3c,d). In teenstelling hiermee het A0037,22 (Aanvullende Fig. 3) gedeeltelik 'n laer inhoud van alifatiese koolstofryke streke getoon. Die onderliggende mineralogie van hierdie korrels is ryk aan karbonate, soortgelyk aan chondriet CI 16, wat dui op uitgebreide verandering van bronwater (Aanvullende Tabel 1). Oksiderende toestande sal hoër konsentrasies van karboniel- en karboksielfunksionele groepe in organiese verbindings wat met karbonate geassosieer word, bevoordeel. Die submikronverspreiding van organiese stowwe met alifatiese koolstofstrukture kan baie verskil van die verspreiding van grofkorrelrige gelaagde silikate. Wenke van alifatiese organiese verbindings wat met filosilikaat-OH geassosieer word, is in die Tagish-meer-meteoriet gevind. Gekoördineerde mikroanalitiese data dui daarop dat organiese materiaal ryk aan alifatiese verbindings wydverspreid in C-tipe asteroïdes en nou geassosieer kan wees met filosilikate. Hierdie gevolgtrekking stem ooreen met vorige verslae van alifatiese/aromatiese CH's in Ryugu-deeltjies wat deur MicroOmega, 'n nabye-infrarooi hiperspektrale mikroskoop, gedemonstreer is. 'n Belangrike en onopgeloste vraag is of die unieke eienskappe van alifatiese koolstofryke organiese verbindings wat met grofkorrelrige filosilikate geassosieer word, wat in hierdie studie waargeneem is, slegs op die asteroïde Ryugu gevind word.
a, NEXAFS koolstofspektra genormaliseer tot 292 eV in die aromatiese (C=C) ryk gebied (rooi), in die alifatiese ryk gebied (groen), en in die matriks (blou). Die grys lyn is die Murchison 13 onoplosbare organiese spektrum vir vergelyking. au, arbitrasie-eenheid. b, Skandeertransmissie-X-straalmikroskopie (STXM) spektrale beeld van 'n koolstof K-rand wat toon dat die snit deur koolstof oorheers word. c, RGB-saamgestelde plot met aromatiese (C=C) ryk gebiede (rooi), alifatiese ryk gebiede (groen), en matriks (blou). d, organiese stowwe ryk aan alifatiese verbindings is gekonsentreer in grofkorrelrige filosilikaat, die area is vergroot vanaf die wit gestippelde blokkies in b en c. e, groot nanosfere (ng-1) in die area vergroot vanaf die wit gestippelde blokkie in b en c. Vir: pirrotiet. Pn: nikkel-chromiet. f, Nanoskaal Sekondêre Ioonmassaspektrometrie (NanoSIMS), Waterstof (1H), Koolstof (12C), en Stikstof (12C14N) elementbeelde, 12C/1H elementverhoudingbeelde, en kruis δD, δ13C, en δ15N isotoopbeelde – Afdeling PG-1: presolêre grafiet met uiterste 13C-verryking (Aanvullende Tabel 4).
Kinetiese studies van organiese materiaal-afbraak in Murchison-meteoriete kan belangrike inligting verskaf oor die heterogene verspreiding van alifatiese organiese materiaal ryk aan Ryugu-korrels. Hierdie studie toon dat alifatiese CH4-bindings in organiese materiaal voortduur tot 'n maksimum temperatuur van ongeveer 30°C by die ouer en/of verander met tyd-temperatuur-verhoudings (bv. 200 jaar by 100°C en 0°C 100 miljoen jaar). Indien die voorloper nie vir meer as 'n sekere tyd by 'n gegewe temperatuur verhit word nie, kan die oorspronklike verspreiding van alifatiese organiese stowwe ryk aan filosilikaat behoue ​​bly. Bronrotswaterveranderinge kan egter hierdie interpretasie bemoeilik, aangesien karbonaatryke A0037 geen koolstofryke alifatiese streke toon wat met filosilikate geassosieer word nie. Hierdie lae temperatuurverandering stem rofweg ooreen met die teenwoordigheid van kubieke veldspaat in Ryugu-korrels (Aanvullende Tabel 1) 20.
Fraksie C0068.25 (ng-1; Fig. 3a–c,e) bevat 'n groot nanosfeer wat hoogs aromatiese (of C=C), matig alifatiese en swak spektra van C(=O)O en C=O toon. Die handtekening van alifatiese koolstof stem nie ooreen met die handtekening van onoplosbare organiese stowwe in grootmaat en organiese nanosfere wat met chondriete geassosieer word nie (Fig. 3a) 17,21. Raman- en infrarooispektroskopiese analise van nanosfere in Lake Tagish het getoon dat hulle bestaan ​​uit alifatiese en geoksideerde organiese verbindings en wanordelike polisikliese aromatiese organiese verbindings met 'n komplekse struktuur 22,23. Omdat die omliggende matriks organiese stowwe bevat wat ryk is aan alifatiese verbindings, kan die handtekening van alifatiese koolstof in ng-1 'n analitiese artefak wees. Interessant genoeg bevat ng-1 ingebedde amorfe silikate (Fig. 3e), 'n tekstuur wat nog nie vir enige buiteaardse organiese stowwe gerapporteer is nie. Amorfe silikate kan natuurlike komponente van ng-1 wees of die gevolg wees van amorfisering van waterige/watervrye silikate deur ioon- en/of elektronstraal tydens analise.
NanoSIMS-ioonbeelde van die C0068.25-seksie (Fig. 3f) toon eenvormige veranderinge in δ13C en δ15N, behalwe vir presolêre korrels met 'n groot 13C-verryking van 30 811‰ (PG-1 in die δ13C-beeld in Fig. 3f) (Aanvullende Tabel 4). X-straal elementêre korrelbeelde en hoë-resolusie TEM-beelde toon slegs die koolstofkonsentrasie en die afstand tussen die basale vlakke van 0,3 nm, wat ooreenstem met grafiet. Dit is noemenswaardig dat die waardes van δD (841 ± 394‰) en δ15N (169 ± 95‰), verryk in alifatiese organiese materiaal wat met grofkorrelrige filosilikate geassosieer word, effens hoër is as die gemiddelde vir die hele gebied C (δD = 528 ± 139‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) in C0068.25 (Aanvullende Tabel 4). Hierdie waarneming dui daarop dat die alifaties-ryke organiese stowwe in grofkorrelrige filosilikate meer primitief kan wees as die omliggende organiese stowwe, aangesien laasgenoemde moontlik isotopiese uitruiling met die omliggende water in die oorspronklike liggaam ondergaan het. Alternatiewelik kan hierdie isotopiese veranderinge ook verband hou met die aanvanklike vormingsproses. Daar word geïnterpreteer dat fynkorrelrige gelaagde silikate in CI-chondriete gevorm is as gevolg van voortdurende verandering van die oorspronklike grofkorrelrige anhidriese silikaattrosse. Alifaties-ryke organiese materiaal kon moontlik gevorm het uit voorlopermolekules in die protoplanetêre skyf of interstellêre medium voor die vorming van die sonnestelsel, en is toe effens verander tydens die waterveranderinge van die Ryugu (groot) ouerliggaam. Die grootte (<1.0 km) van Ryugu is te klein om voldoende interne hitte te handhaaf vir waterige verandering om waterige minerale te vorm25. Die grootte (<1.0 km) van Ryugu is te klein om voldoende interne hitte te handhaaf vir waterige verandering om waterige minerale te vorm25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло vir водного измовизм водных минералов25. Grootte (<1.0 km) Ryugu is te klein om voldoende interne hitte te handhaaf vir waterverandering om waterminerale te vorm25. Ryugu 的尺寸（<1.0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成吀牴25。 Ryugu 的尺寸（<1.0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成吀牴25。 Размер Рюгу (<1,0 km) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло vir изменения воды с образованимин 2. Die grootte van Ryugu (<1.0 km) is te klein om interne hitte te ondersteun om water te verander om waterminerale te vorm25.Daarom mag Ryugu-voorgangers van tiene kilometers in grootte benodig word. Organiese materiaal ryk aan alifatiese verbindings mag hul oorspronklike isotoopverhoudings behou as gevolg van assosiasie met grofkorrelrige filosilikate. Die presiese aard van die isotopiese swaar draers bly egter onseker as gevolg van die komplekse en delikate vermenging van die verskillende komponente in hierdie FIB-fraksies. Dit kan organiese stowwe wees wat ryk is aan alifatiese verbindings in Ryugu-korrels of growwe filosilikate wat hulle omring. Let daarop dat organiese materiaal in byna alle koolstofhoudende chondriete (insluitend CI-chondriete) geneig is om ryker aan D te wees as aan filosilikate, met die uitsondering van CM Paris 24, 26-meteoriete.
Plotte van volume δD en δ15N van FIB-snitte verkry vir A0002.23 en A0002.26, A0037.22 en A0037.23 en C0068.23, C0068.25 en C0068.26 FIB-snitte (’n totaal van sewe FIB-snitte van drie Ryugu-deeltjies). ’n Vergelyking van NanoSIMS met ander voorwerpe van die sonnestelsel word in fig. 4 (Aanvullende Tabel 4)27,28 getoon. Volumeveranderinge in δD en δ15N in die A0002-, A0037- en C0068-profiele stem ooreen met dié in die IDP, maar hoër as in die CM- en CI-chondriete (Fig. 4). Let daarop dat die reeks δD-waardes vir die Komeet 29-monster (-240 tot 1655‰) groter is as dié van Ryugu. Die volumes δD en δ15N van die Ryukyu-profiele is gewoonlik kleiner as die gemiddelde vir komete van die Jupiter-familie en die Oortwolk (Fig. 4). Die laer δD-waardes van die CI-chondriete kan die invloed van terrestriële kontaminasie in hierdie monsters weerspieël. Gegewe die ooreenkomste tussen Bells, Lake Tagish en IDP, kan die groot heterogeniteit in δD- en δN-waardes in Ryugu-deeltjies veranderinge in die aanvanklike isotopiese handtekeninge van organiese en waterige samestellings in die vroeë sonnestelsel weerspieël. Die soortgelyke isotopiese veranderinge in δD en δN in Ryugu- en IDP-deeltjies dui daarop dat beide uit materiaal van dieselfde bron kon gevorm het. Daar word geglo dat IDP's afkomstig is van komeetbronne 14. Daarom kan Ryugu komeetagtige materiaal en/of ten minste die buitenste sonnestelsel bevat. Dit mag egter moeiliker wees as wat ons hier stel as gevolg van (1) die mengsel van sferulitiese en D-ryke water op die moederliggaam 31 en (2) die komeet se D/H-verhouding as 'n funksie van komeetaktiwiteit 32. Die redes vir die waargenome heterogeniteit van waterstof- en stikstofisotope in Ryugu-deeltjies word egter nie ten volle verstaan ​​nie, deels as gevolg van die beperkte aantal ontledings wat vandag beskikbaar is. Die resultate van waterstof- en stikstofisotoopstelsels verhoog steeds die moontlikheid dat Ryugu die meeste van die materiaal van buite die Sonnestelsel bevat en dus 'n mate van ooreenkoms met komete kan toon. Die Ryugu-profiel het geen duidelike korrelasie tussen δ13C en δ15N getoon nie (Aanvullende Tabel 4).
Die algehele H- en N-isotopiese samestelling van Ryugu-deeltjies (rooi sirkels: A0002, A0037; blou sirkels: C0068) korreleer met sonmagnitude 27, die Jupiter-gemiddelde familie (JFC27), en Oort-wolkkomete (OCC27), IDP28, en koolstofhoudende chondrules. Vergelyking van meteoriet 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Die isotopiese samestelling word in Aanvullende Tabel 4 gegee. Die stippellyne is die terrestriële isotoopwaardes vir H en N.
Die vervoer van vlugtige stowwe (bv. organiese materiaal en water) na die Aarde bly 'n bron van kommer26,27,33. Submikron organiese materiaal wat geassosieer word met growwe filosilikate in Ryugu-deeltjies wat in hierdie studie geïdentifiseer is, kan 'n belangrike bron van vlugtige stowwe wees. Organiese materiaal in grofkorrelrige filosilikate word beter beskerm teen degradasie16,34 en verval35 as organiese materiaal in fynkorrelrige matrikse. Die swaarder isotopiese samestelling van waterstof in die deeltjies beteken dat dit onwaarskynlik is dat hulle die enigste bron van vlugtige stowwe is wat na die vroeë Aarde vervoer word. Hulle kan gemeng word met komponente met 'n ligter waterstofisotopiese samestelling, soos onlangs voorgestel is in die hipotese van die teenwoordigheid van sonwind-aangedrewe water in silikate.
In hierdie studie toon ons dat CI-meteoriete, ten spyte van hul geochemiese belangrikheid as verteenwoordigers van die algehele samestelling van die sonnestelsel,6,10 aardse besmette monsters is. Ons verskaf ook direkte bewyse vir interaksies tussen ryk alifatiese organiese materiaal en aangrensende waterige minerale en dui daarop dat Ryugu ekstrasolêre materiaal37 kan bevat. Die resultate van hierdie studie demonstreer duidelik die belangrikheid van direkte monsterneming van protosteroïede en die behoefte om teruggekeerde monsters onder heeltemal inerte en steriele toestande te vervoer. Die bewyse wat hier aangebied word, toon dat Ryugu-deeltjies ongetwyfeld een van die mees onbesmette sonnestelselmateriale is wat beskikbaar is vir laboratoriumnavorsing, en verdere studie van hierdie kosbare monsters sal ongetwyfeld ons begrip van vroeë sonnestelselprosesse uitbrei. Ryugu-deeltjies is die beste voorstelling van die algehele samestelling van die sonnestelsel.
Om die komplekse mikrostruktuur en chemiese eienskappe van submikronskaalmonsters te bepaal, het ons sinkrotronstraling-gebaseerde rekenaartomografie (SR-XCT) en SR X-straaldiffraksie (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM-analise gebruik. Geen degradasie, besoedeling as gevolg van die aarde se atmosfeer, en geen skade deur fyn deeltjies of meganiese monsters nie. Intussen het ons sistematiese volumetriese analise uitgevoer met behulp van skandeerelektronmikroskopie (SEM)-EDS, EPMA, XRD, instrumentele neutronaktiveringsanalise (INAA), en lasersuurstofisotoopfluorineringstoerusting. Die toetsprosedures word in Aanvullende Figuur 3 getoon en elke toets word in die volgende afdelings beskryf.
Deeltjies van die asteroïde Ryugu is uit die Hayabusa-2-herbetredingsmodule herwin en aan die JAXA-beheersentrum in Sagamihara, Japan, afgelewer sonder om die Aarde se atmosfeer te besoedel4. Na aanvanklike en nie-vernietigende karakterisering by 'n JAXA-bestuurde fasiliteit, gebruik verseëlbare oordraghouers tussen terreine en monsterkapsule-sakke (saffierkristal met 'n deursnee van 10 of 15 mm en vlekvrye staal, afhangende van die monstergrootte) om omgewingsinmenging en/of grondbesoedelingstowwe (bv. waterdamp, koolwaterstowwe, atmosferiese gasse en fyn deeltjies) en kruiskontaminasie tussen monsters tydens monstervoorbereiding en vervoer tussen institute en universiteite38. Om agteruitgang en besoedeling as gevolg van interaksie met die aarde se atmosfeer (waterdamp en suurstof) te vermy, is alle tipes monstervoorbereiding (insluitend afskilfering met 'n tantaalbeitel, met behulp van 'n gebalanseerde diamantdraadsaag (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) en sny-epoksie) voorbereiding vir installasie) in 'n handskoenkas onder skoon, droë N2 (doupunt: -80 tot -60 °C, O2 ~50-100 dpm) uitgevoer. Alle items wat hier gebruik word, word skoongemaak met 'n kombinasie van ultrasuiwer water en etanol met behulp van ultrasoniese golwe van verskillende frekwensies.
Hier bestudeer ons die Nasionale Poolnavorsingsinstituut (NIPR) meteorietversameling van die Antarktiese Meteorietnavorsingsentrum (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 en CY: Y 980115).
Vir oordrag tussen instrumente vir SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS en TEM-analise, het ons die universele ultradun monsterhouer gebruik wat in vorige studies38 beskryf is.
SR-XCT-analise van Ryugu-monsters is uitgevoer met behulp van die BL20XU/SPring-8 geïntegreerde CT-stelsel. Die geïntegreerde CT-stelsel bestaan ​​uit verskeie meetmodusse: wye gesigsveld en lae resolusie (WL) modus om die hele struktuur van die monster vas te lê, nou gesigsveld en hoë resolusie (NH) modus vir akkurate meting van monsterarea. belangstelling en radiografieë om 'n diffraksiepatroon van die volume van die monster te verkry, en XRD-CT uit te voer om 'n 2D-diagram van die horisontale vlak mineraalfases in die monster te verkry. Let daarop dat alle metings uitgevoer kan word sonder om die ingeboude stelsel te gebruik om die monsterhouer van die basis te verwyder, wat akkurate CT- en XRD-CT-metings moontlik maak. Die WL-modus X-straaldetektor (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) was toegerus met 'n addisionele 4608 × 4608 pixel metaaloksied-halfgeleier (CMOS) kamera (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) met 'n sintillator bestaande uit 10 lutetium aluminium granaat enkelkristal dikte µm (Lu3Al5O12:Ce) en 'n relaislens. Die pixelgrootte in WL-modus is ongeveer 0.848 µm. Dus is die gesigsveld (FOV) in WL-modus ongeveer 6 mm in offset CT-modus. Die NH-modus X-straaldetektor (BM AA50; Hamamatsu Photonics) was toegerus met 'n 20 µm dik gadolinium-aluminium-gallium granaat (Gd3Al2Ga3O12) sintillator, 'n CMOS-kamera (C11440-22CU) met 'n resolusie van 2048 × 2048 pixels; Hamamatsu Photonics) en 'n ×20-lens. Die pixelgrootte in NH-modus is ~0.25 µm en die gesigsveld is ~0.5 mm. Die detektor vir die XRD-modus (BM AA60; Hamamatsu Photonics) was toegerus met 'n sintillator wat bestaan ​​uit 'n 50 µm dik P43 (Gd2O2S:Tb) poeierskerm, 'n CMOS-kamera met 'n resolusie van 2304 × 2304 pixels (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) en 'n relaislens. Die detektor het 'n effektiewe pixelgrootte van 19.05 µm en 'n gesigsveld van 43.9 mm2. Om die FOV te verhoog, het ons 'n verskuifde CT-prosedure in WL-modus toegepas. Die deurgelate ligbeeld vir CT-rekonstruksie bestaan ​​uit 'n beeld in die reeks van 180° tot 360° wat horisontaal om die rotasie-as gereflekteer word, en 'n beeld in die reeks van 0° tot 180°.
In XRD-modus word die X-straalbundel gefokus deur 'n Fresnel-soneplaat. In hierdie modus word die detektor 110 mm agter die monster geplaas en die bundelstop is 3 mm voor die detektor. Diffraksiebeelde in die 2θ-reeks van 1.43° tot 18.00° (roosterhoogte d = 16.6–1.32 Å) is verkry met die X-straalkol gefokus op die onderkant van die detektor se gesigsveld. Die monster beweeg vertikaal met gereelde tussenposes, met 'n halwe draai vir elke vertikale skanderingstap. Indien die mineraaldeeltjies aan die Bragg-voorwaarde voldoen wanneer dit met 180° geroteer word, is dit moontlik om diffraksie van die mineraaldeeltjies in die horisontale vlak te verkry. Die diffraksiebeelde is toe gekombineer in een beeld vir elke vertikale skanderingstap. Die SR-XRD-CT-toetstoestande is amper dieselfde as dié vir die SR-XRD-toets. In XRD-CT-modus word die detektor 69 mm agter die monster geposisioneer. Diffraksiebeelde in die 2θ-reeks wissel van 1.2° tot 17.68° (d = 19.73 tot 1.35 Å), waar beide die X-straalbundel en die bundelbegrenzer in lyn is met die middelpunt van die detektor se gesigsveld. Skandeer die monster horisontaal en roteer die monster 180°. Die SR-XRD-CT-beelde is gerekonstrueer met piekmineraalintensiteite as pixelwaardes. Met horisontale skandering word die monster tipies in 500–1000 stappe geskandeer.
Vir alle eksperimente is die X-straalenergie vasgestel op 30 keV, aangesien dit die onderste limiet van X-straalpenetrasie in meteoriete met 'n deursnee van ongeveer 6 mm is. Die aantal beelde wat vir alle CT-metings tydens 180°-rotasie verkry is, was 1800 (3600 vir die offset-CT-program), en die blootstellingstyd vir die beelde was 100 ms vir WL-modus, 300 ms vir NH-modus, 500 ms vir XRD, en 50 ms . ms vir XRD-CT ms. Tipiese monster-skanderingstyd is ongeveer 10 minute in WL-modus, 15 minute in NH-modus, 3 uur vir XRD, en 8 uur vir SR-XRD-CT.
CT-beelde is gerekonstrueer deur konvolusionele terugprojeksie en genormaliseer vir 'n lineêre verswakkingskoëffisiënt van 0 tot 80 cm-1. Die Slice-sagteware is gebruik om die 3D-data te analiseer en die muXRD-sagteware is gebruik om die XRD-data te analiseer.
Epoksie-gefikseerde Ryugu-deeltjies (A0029, A0037, C0009, C0014 en C0068) is geleidelik op die oppervlak gepoleer tot die vlak van 'n 0.5 µm (3M) diamant-oorlappingsfilm onder droë toestande, wat verhoed het dat die materiaal tydens die poleerproses met die oppervlak in aanraking kom. Die gepoleerde oppervlak van elke monster is eers ondersoek deur ligmikroskopie en daarna terugverstrooide elektrone om mineralogie- en tekstuurbeelde (BSE) van die monsters en kwalitatiewe NIPR-elemente te verkry met behulp van 'n JEOL JSM-7100F SEM toegerus met 'n energie-dispersiewe spektrometer (AZtec). Vir elke monster is die inhoud van hoof- en klein elemente geanaliseer met behulp van 'n elektron-sonde-mikroanaliseerder (EPMA, JEOL JXA-8200). Analiseer filosilikaat- en karbonaatdeeltjies teen 5 nA, natuurlike en sintetiese standaarde teen 15 keV, sulfiede, magnetiet, olivien en pirokseen teen 30 nA. Modale grade is bereken vanaf elementkaarte en BSE-beelde met behulp van ImageJ 1.53 sagteware met toepaslike drempelwaardes wat arbitrêr vir elke mineraal gestel is.
Suurstofisotoop-analise is by die Open Universiteit (Milton Keynes, VK) uitgevoer met behulp van 'n infrarooi laserfluorineringstelsel. Hayabusa2-monsters is in stikstofgevulde houers aan die Open Universiteit 38 afgelewer vir oordrag tussen fasiliteite.
Monsterlaai is uitgevoer in 'n stikstofhandskoenboks met 'n gemonitorde suurstofvlak onder 0.1%. Vir Hayabusa2 analitiese werk is 'n nuwe Ni-monsterhouer vervaardig, bestaande uit slegs twee monstergate (deursnee 2.5 mm, diepte 5 mm), een vir Hayabusa2-deeltjies en die ander vir obsidiaan interne standaard. Tydens analise is die monsterput wat die Hayabusa2-materiaal bevat, bedek met 'n interne BaF2-venster van ongeveer 1 mm dik en 3 mm in deursnee om die monster tydens die laserreaksie te hou. Die BrF5-vloei na die monster is gehandhaaf deur 'n gasmengkanaal wat in die Ni-monsterhouer gesny is. Die monsterkamer is ook herkonfigureer sodat dit van die vakuumfluoreringslyn verwyder kon word en dan in 'n stikstofgevulde handskoenboks oopgemaak kon word. Die tweedelige kamer is verseël met 'n koperpakking-kompressieseël en 'n EVAC Quick Release CeFIX 38-kettingklem. 'n 3 mm dik BaF2-venster bo-op die kamer maak voorsiening vir gelyktydige waarneming van die monster en laserverhitting. Nadat die monster gelaai is, klem die kamer weer vas en koppel dit weer aan die gefluoreerde lyn. Voor analise is die monsterkamer oornag onder vakuum tot ongeveer 95°C verhit om enige geadsorbeerde vog te verwyder. Na oornagverhitting is die kamer toegelaat om af te koel tot kamertemperatuur en dan is die gedeelte wat tydens monsteroordrag aan die atmosfeer blootgestel is, met drie aliquots BrF5 gesuiwer om vog te verwyder. Hierdie prosedures verseker dat die Hayabusa 2-monster nie aan die atmosfeer blootgestel word nie en nie besoedel word deur vog van die gedeelte van die gefluoreerde lyn wat tydens monsterlaai na die atmosfeer geventileer word nie.
Ryugu C0014-4 en Orgueil (CI) deeltjiemonsters is in 'n gewysigde "enkel" modus42 geanaliseer, terwyl Y-82162 (CY) analise op 'n enkele bak met veelvuldige monsterputte41 uitgevoer is. As gevolg van hul watervrye samestelling is dit nie nodig om 'n enkele metode vir CY-chondriete te gebruik nie. Die monsters is verhit met behulp van 'n Photon Machines Inc. infrarooi CO2-laser, 'n krag van 50 W (10.6 µm) gemonteer op die XYZ-portaal in die teenwoordigheid van BrF5. Die ingeboude videostelsel monitor die verloop van die reaksie. Na fluorering is die vrygestelde O2 geskrop met behulp van twee kriogeniese stikstofvalle en 'n verhitte bed van KBr om enige oortollige fluoor te verwyder. Die isotopiese samestelling van gesuiwerde suurstof is geanaliseer op 'n Thermo Fisher MAT 253 tweekanaal-massaspektrometer met 'n massaresolusie van ongeveer 200.
In sommige gevalle was die hoeveelheid gasvormige O2 wat tydens die reaksie van die monster vrygestel is, minder as 140 µg, wat die benaderde limiet is vir die gebruik van die balgtoestel op die MAT 253 massaspektrometer. Gebruik in hierdie gevalle mikrovolumes vir analise. Na die analise van die Hayabusa2-deeltjies, is die obsidiaan interne standaard gefluorineer en die suurstofisotoopsamestelling daarvan bepaal.
Ione van die NF+ NF3+ fragment interfereer met die straal met massa 33 (16O17O). Om hierdie potensiële probleem uit te skakel, word die meeste monsters verwerk met behulp van kriogeniese skeidingsprosedures. Dit kan in die voorwaartse rigting gedoen word voor die MAT 253-analise of as 'n tweede analise deur die geanaliseerde gas terug te voer na die spesiale molekulêre sif en dit weer deur te voer na die kriogeniese skeiding. Kriogeniese skeiding behels die toevoer van gas aan 'n molekulêre sif by vloeibare stikstoftemperatuur en dan die afvoer daarvan in 'n primêre molekulêre sif by 'n temperatuur van -130°C. Uitgebreide toetse het getoon dat NF+ op die eerste molekulêre sif bly en geen beduidende fraksionering met hierdie metode plaasvind nie.
Gebaseer op herhaalde ontledings van ons interne obsidiaanstandaarde, is die algehele akkuraatheid van die stelsel in balgmodus: ±0.053‰ vir δ17O, ±0.095‰ vir δ18O, ±0.018‰ vir Δ17O (2 standaarddeviasie). Suurstofisotoopontleding word gegee in die standaard delta-notasie, waar delta18O bereken word as:
Gebruik ook die 17O/16O-verhouding vir δ17O. VSMOW is die internasionale standaard vir die Weense Gemiddelde Seewaterstandaard. Δ17O verteenwoordig die afwyking van die aardfraksioneringslyn, en die berekeningsformule is: Δ17O = δ17O – 0.52 × δ18O. Alle data wat in Aanvullende Tabel 3 aangebied word, is gaping-aangepas.
Snitte van ongeveer 150 tot 200 nm dik is uit Ryugu-deeltjies onttrek met behulp van 'n Hitachi High Tech SMI4050 FIB-instrument by JAMSTEC, Kochi Core Sampling Institute. Let daarop dat alle FIB-snitte herwin is uit onverwerkte fragmente van onverwerkte deeltjies nadat hulle uit N2-gasgevulde vate verwyder is vir interobjek-oordrag. Hierdie fragmente is nie deur SR-CT gemeet nie, maar is verwerk met minimale blootstelling aan die aarde se atmosfeer om potensiële skade en kontaminasie te vermy wat die koolstof K-randspektrum kan beïnvloed. Na die afsetting van 'n wolfram-beskermende laag, is die gebied van belang (tot 25 × 25 μm2) gesny en verdun met 'n Ga+-ioonbundel teen 'n versnellingspanning van 30 kV, dan teen 5 kV en 'n sondestroom van 40 pA om oppervlakskade te minimaliseer. Die ultradun snitte is toe op 'n vergrote kopermaas (Kochi-maas) 39 geplaas met behulp van 'n mikromanipulator toegerus met FIB.
Ryugu A0098 (1.6303 mg) en C0068 (0.6483 mg) korrels is twee keer verseël in suiwer, hoë suiwerheid poliëtileenvelle in 'n suiwer stikstofgevulde handskoenboks op die SPring-8 sonder enige interaksie met die aarde se atmosfeer. Monstervoorbereiding vir JB-1 (’n geologiese verwysingsgesteente wat deur die Geologiese Opname van Japan uitgereik is) is by die Metropolitaanse Universiteit van Tokio uitgevoer.
INAA word gehou by die Instituut vir Geïntegreerde Stralings- en Kernwetenskappe, Universiteit van Kyoto. Die monsters is twee keer bestraal met verskillende bestralingssiklusse wat gekies is volgens die halfleeftyd van die nuklied wat vir elementkwantifisering gebruik is. Eers is die monster vir 30 sekondes in 'n pneumatiese bestralingsbuis bestraal. Vloeistowwe van termiese en vinnige neutrone in fig. 3 is onderskeidelik 4.6 × 1012 en 9.6 × 1011 cm-2 s-1, vir die bepaling van die inhoud van Mg, Al, Ca, Ti, V en Mn. Chemikalieë soos MgO (99.99% suiwerheid, Soekawa Chemical), Al (99.9% suiwerheid, Soekawa Chemical), en Si-metaal (99.999% suiwerheid, FUJIFILM Wako Pure Chemical) is ook bestraal om te korrigeer vir interfererende kernreaksies soos (n, n). Die monster is ook bestraal met natriumchloried (99.99% suiwerheid; MANAC) om te korrigeer vir veranderinge in neutronvloei.
Na neutronbestraling is die buitenste poliëtileenvel met 'n nuwe een vervang, en die gammastraling wat deur die monster en verwysing uitgestraal is, is onmiddellik met 'n Ge-detektor gemeet. Dieselfde monsters is vir 4 uur weer in 'n pneumatiese bestralingsbuis bestraal. 2 het termiese en vinnige neutronvloei van onderskeidelik 5.6 1012 en 1.2 1012 cm-2 s-1 vir die bepaling van Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Se-inhoud, Sb, Os, Ir en Au. Kontrolemonsters van Ga, As, Se, Sb, Os, Ir en Au is bestraal deur toepaslike hoeveelhede (van 10 tot 50 μg) standaardoplossings van bekende konsentrasies van hierdie elemente op twee stukke filterpapier toe te dien, gevolg deur bestraling van die monsters. Die gammastraaltelling is uitgevoer by die Instituut vir Geïntegreerde Stralings- en Kernwetenskappe, Universiteit van Kyoto en die RI Navorsingsentrum, Tokio Metropolitaanse Universiteit. Analitiese prosedures en verwysingsmateriaal vir die kwantitatiewe bepaling van INAA-elemente is dieselfde as dié wat in ons vorige werk beskryf is.
'n X-straaldiffraktometer (Rigaku SmartLab) is gebruik om die diffraksiepatrone van Ryugu-monsters A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) en C0087 (<1 mg) by NIPR te versamel. 'n X-straaldiffraktometer (Rigaku SmartLab) is gebruik om die diffraksiepatrone van Ryugu-monsters A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) en C0087 (<1 mg) by NIPR te versamel. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин образцов Ryugu A0029 (<1 мг) (<1 мг) (<1 мг), A0037 (7 мг), A0037 (7) мг) in NIPR. 'n X-straaldiffraktometer (Rigaku SmartLab) is gebruik om diffraksiepatrone van Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) en C0087 (<1 mg) monsters in NIPR te versamel.使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 爄倍〡。使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 爄倍〡。 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) en C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с использоватанием (Rigaku SmartLab). X-straaldiffraksiepatrone van monsters Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) en C0087 (<1 mg) is by NIPR verkry met behulp van 'n X-straaldiffraktometer (Rigaku SmartLab).Alle monsters is tot 'n fyn poeier gemaal op 'n nie-reflektiewe silikon-wafel met behulp van 'n saffierglasplaat en toe eweredig op die nie-reflektiewe silikon-wafel versprei sonder enige vloeistof (water of alkohol). Die meettoestande is soos volg: Cu Kα X-straalstraling word gegenereer teen 'n buisspanning van 40 kV en 'n buisstroom van 40 mA, die beperkende spleetlengte is 10 mm, die divergensiehoek is (1/6)°, die rotasiespoed in die vlak is 20 rpm, en die reeks is 2θ (dubbele Bragg-hoek) is 3-100° en neem ongeveer 28 uur om te analiseer. Bragg Brentano-optika is gebruik. Die detektor is 'n eendimensionele silikon-halfgeleierdetektor (D/teX Ultra 250). X-strale van Cu Kβ is verwyder met behulp van 'n Ni-filter. Met behulp van beskikbare monsters is metings van sintetiese magnesiese saponiet (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentyn (blaarserpentyn, Miyazu, Nikka) en pirrotiet (monokliniese 4C, Chihua, Mexico Watts) vergelyk om pieke te identifiseer en poeierlêerdata, diffraksiedata van die Internasionale Sentrum vir Diffraksiedata, dolomiet (PDF 01-071-1662) en magnetiet (PDF 00-019-0629) te gebruik. Diffraksiedata van Ryugu is ook vergelyk met data oor hidro-veranderde koolstofhoudende chondriete, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4, en Y 980115 CY (verhittingsfase III, 500–750°C). Die vergelyking het ooreenkomste met Orgueil getoon, maar nie met Y-791198 en Y 980115 nie.
NEXAFS-spektra met koolstofrand K van ultradun snitte van monsters gemaak van FIB is gemeet met behulp van die STXM BL4U-kanaal by die UVSOR-sinkrotronfasiliteit by die Instituut vir Molekulêre Wetenskappe (Okazaki, Japan). Die kolgrootte van 'n straal wat opties gefokus is met 'n Fresnel-soneplaat is ongeveer 50 nm. Die energiestap is 0.1 eV vir die fyn struktuur van die nabye randgebied (283.6–292.0 eV) en 0.5 eV (280.0–283.5 eV en 292.5–300.0 eV) vir die voor- en agterfronte van die gebiede. Die tyd vir elke beeldpixel is op 2 ms gestel. Na evakuering is die STXM-analitiese kamer met helium gevul teen 'n druk van ongeveer 20 mbar. Dit help om termiese drywing van die X-straal-optiese toerusting in die kamer en monsterhouer te verminder, asook om monsterskade en/of oksidasie te verminder. NEXAFS K-rand koolstofspektra is gegenereer uit gestapelde data met behulp van aXis2000 sagteware en eie STXM dataverwerkingsagteware. Let daarop dat die monsteroordragkas en handskoenkas gebruik word om monsteroksidasie en kontaminasie te vermy.
Na STXM-NEXAFS-analise is die isotopiese samestelling van waterstof, koolstof en stikstof van Ryugu FIB-skyfies geanaliseer met behulp van isotoopbeelding met 'n JAMSTEC NanoSIMS 50L. 'n Gefokusde Cs+ primêre straal van ongeveer 2 pA vir koolstof- en stikstofisotoopanalise en ongeveer 13 pA vir waterstofisotoopanalise is gerasteriseer oor 'n area van ongeveer 24 × 24 µm² tot 30 × 30 µm² op die monster. Na 'n 3-minuut voorbespuiting teen 'n relatief sterk primêre straalstroom, is elke analise begin na stabilisering van die sekondêre straalintensiteit. Vir die analise van koolstof- en stikstofisotope is beelde van 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– en 12C15N– gelyktydig verkry met behulp van sewe-elektronvermenigvuldiger-multipleksdeteksie met 'n massaresolusie van ongeveer 9000, wat voldoende is om alle relevante isotopiese verbindings te skei. interferensie (d.w.s. 12C1H op 13C en 13C14N op 12C15N). Vir die analise van waterstofisotope is 1H-, 2D- en 12C- beelde verkry met 'n massaresolusie van ongeveer 3000 met veelvuldige deteksie met behulp van drie elektronvermenigvuldigers. Elke analise bestaan ​​uit 30 geskandeerde beelde van dieselfde area, met een beeld wat bestaan ​​uit 256 × 256 pixels vir koolstof- en stikstofisotoop-analise en 128 × 128 pixels vir waterstofisotoop-analise. Die vertragingstyd is 3000 µs per pixel vir koolstof- en stikstofisotoop-analise en 5000 µs per pixel vir waterstofisotoop-analise. Ons het 1-hidroksibensotriasoolhidraat as waterstof-, koolstof- en stikstofisotoopstandaarde gebruik om instrumentele massafraksionering te kalibreer45.
Om die silikon-isotopiese samestelling van presolêre grafiet in die FIB C0068-25-profiel te bepaal, het ons ses elektronvermenigvuldigers met 'n massaresolusie van ongeveer 9000 gebruik. Die beelde bestaan ​​uit 256 × 256 pixels met 'n vertragingstyd van 3000 µs per pixel. Ons het 'n massafraksioneringsinstrument gekalibreer met behulp van silikonwafers as waterstof-, koolstof- en silikon-isotoopstandaarde.
Isotoopbeelde is verwerk met behulp van NASA se NanoSIMS45-beeldsagteware. Die data is gekorrigeer vir elektronvermenigvuldiger-dooietyd (44 ns) en kwasi-gelyktydige aankomseffekte. Verskillende skanderingsbelyning vir elke beeld om te korrigeer vir beelddrywing tydens verkryging. Die finale isotoopbeeld word geskep deur sekondêre ione van elke beeld vir elke skanderingspixel by te voeg.
Na STXM-NEXAFS- en NanoSIMS-analise is dieselfde FIB-seksies ondersoek met behulp van 'n transmissie-elektronmikroskoop (JEOL JEM-ARM200F) teen 'n versnellingspanning van 200 kV by Kochi, JAMSTEC. Die mikrostruktuur is waargeneem met behulp van 'n helderveld-TEM en 'n hoëhoek-skandeer-TEM in 'n donker veld. Minerale fases is geïdentifiseer deur kol-elektrondiffraksie en roosterbandbeelding, en chemiese analise is uitgevoer deur EDS met 'n 100 mm2 silikon-drifdetektor en JEOL Analysis Station 4.30 sagteware. Vir kwantitatiewe analise is die kenmerkende X-straalintensiteit vir elke element gemeet in die TEM-skandeermodus met 'n vaste data-insamelingstyd van 30 s, 'n straalskandeerarea van ~100 × 100 nm2, en 'n straalstroom van 50 pA. Die verhouding (Si + Al)-Mg-Fe in gelaagde silikate is bepaal met behulp van die eksperimentele koëffisiënt k, gekorrigeer vir dikte, verkry van 'n standaard van natuurlike piropagranaat.
Alle beelde en ontledings wat in hierdie studie gebruik is, is beskikbaar op die JAXA Data Archiving and Communication System (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Hierdie artikel verskaf die oorspronklike data.
Kitari, K. et al. Oppervlaksamestelling van asteroïde 162173 Ryugu soos waargeneem deur die Hayabusa2 NIRS3-instrument. Wetenskap 364, 272–275.
Kim, AJ Yamato-tipe koolstofhoudende chondriete (CY): analoë van die Ryugu-asteroïde-oppervlak? Geochemie 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al. Die eerste samestellingsanalise van Ryugu-monsters is uitgevoer met behulp van 'n MicroOmega-hiperspektrale mikroskoop. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. et al. Voorlopige analise van die Hyabusa2-monster wat teruggekeer is van die C-tipe asteroïde Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).