شكرًا لزيارتكم موقع Nature.com. إصدار المتصفح الذي تستخدمونه يدعم CSS بشكل محدود. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان استمرار الدعم، سنُقدّم الموقع بدون أنماط أو JavaScript.
الكويكبات من النوع C، المتطايرة والغنية بالمواد العضوية، قد تكون أحد المصادر الرئيسية للمياه على الأرض. في الوقت الحالي، تُعطي الكوندريتات الحاملة للكربون أفضل فكرة عن تركيبها الكيميائي، لكن المعلومات المتعلقة بالنيازك مشوهة: فقط الأنواع الأكثر ديمومة تبقى على قيد الحياة عند دخولها الغلاف الجوي ثم تفاعلها مع بيئة الأرض. نقدم هنا نتائج دراسة حجمية وتحليلية دقيقة مفصلة لجسيم ريوجو الأساسي الذي أُرسل إلى الأرض بواسطة مركبة هايابوسا-2 الفضائية. تُظهر جسيمات ريوجو تطابقًا وثيقًا في التركيب مع الكوندريتات CI (نوع إيونا) غير المجزأة كيميائيًا ولكنها معدلة بالماء، والتي تُستخدم على نطاق واسع كمؤشر على التركيب العام للنظام الشمسي. تُظهر هذه العينة علاقة مكانية معقدة بين المواد العضوية الأليفاتية الغنية والسيليكات الطبقية، وتشير إلى درجة حرارة قصوى تبلغ حوالي 30 درجة مئوية أثناء التعرية المائية. وجدنا وفرة من الديوتيريوم والديازونيوم تتوافق مع أصل خارج المجموعة الشمسية. تعتبر جزيئات ريوجو أكثر المواد الغريبة غير الملوثة وغير القابلة للانفصال التي تمت دراستها على الإطلاق وهي الأفضل ملاءمة للتركيب العام للنظام الشمسي.
من يونيو 2018 إلى نوفمبر 2019، أجرت مركبة هايابوسا 2 الفضائية التابعة لوكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) مسحًا عن بُعد واسع النطاق لكويكب ريوغو. تشير بيانات مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRS3) الموجود على متن هايابوسا 2 إلى أن ريوغو قد يتكون من مادة مشابهة للكوندريتات الكربونية المتحولة حراريًا و/أو بالصدمات. أقرب تطابق هو كوندريت CY (نوع ياماتو) 2. يمكن تفسير انخفاض بياض ريوغو بوجود عدد كبير من المكونات الغنية بالكربون، بالإضافة إلى حجم الجسيمات، والمسامية، وتأثيرات التجوية المكانية. هبطت مركبة هايابوسا 2 مرتين على ريوغو وجمعت عينات منه. خلال الهبوط الأول في 21 فبراير 2019، تم الحصول على مواد سطحية، والتي تم تخزينها في الحجرة A من كبسولة العودة، وخلال الهبوط الثاني في 11 يوليو 2019، تم جمع المواد بالقرب من فوهة اصطناعية شكلها جسم صغير محمول. يتم تخزين هذه العينات في الجناح C. أشار التوصيف الأولي غير المدمر للجسيمات في المرحلة 1 في غرف خاصة غير ملوثة ومليئة بالنيتروجين النقي في المرافق التي تديرها JAXA إلى أن جسيمات Ryugu كانت الأكثر تشابهًا مع كوندريتات CI4 وأظهرت "مستويات مختلفة من التباين"3. لا يمكن حل التصنيف المتناقض ظاهريًا لـ Ryugu، على غرار كوندريتات CY أو CI، إلا من خلال التوصيف النظيري والعنصري والمعدني التفصيلي لجسيمات Ryugu. توفر النتائج المقدمة هنا أساسًا متينًا لتحديد أي من هذين التفسيرين الأوليين للتكوين العام للكويكب Ryugu هو الأكثر احتمالًا.
تم تخصيص ثماني حبيبات من كويكب ريوغو (بوزن إجمالي يقارب 60 ملغ)، أربع منها من الغرفة "أ" وأربع من الغرفة "ج"، للمرحلة الثانية لإدارة فريق كوتشي. الهدف الرئيسي من الدراسة هو توضيح طبيعة وأصل وتاريخ تطور كويكب ريوغو، وتوثيق أوجه التشابه والاختلاف مع عينات أخرى معروفة من خارج الأرض، مثل الكوندريتات وجسيمات الغبار بين الكواكب والمذنبات العائدة. هذه العينات جُمعت بواسطة مهمة ستاردست التابعة لناسا.
أظهر التحليل المعدني المفصل لخمس حبيبات من صخور ريوجو (A0029، A0037، C0009، C0014، وC0068) أنها تتكون أساسًا من سيليكات فيلوية دقيقة وخشنة الحبيبات (~64-88% حجمًا؛ الشكل 1أ، ب، الشكل التكميلي 1). والجدول الإضافي 1. توجد سيليكات فيلوية خشنة الحبيبات على شكل تجمعات ريشية (يصل حجمها إلى عشرات الميكرونات) في مصفوفات دقيقة الحبيبات غنية بالسيليكات فيلوية (أقل من بضعة ميكرونات في الحجم). جزيئات السيليكات الطبقية هي تكافلية بين السربنتين والسابونيت (الشكل 1ج). تُظهر خريطة (Si + Al)-Mg-Fe أيضًا أن مصفوفة السيليكات الطبقية السائبة لها تركيبة وسيطة بين السربنتين والسابونيت (الشكل 2أ، ب). تحتوي مصفوفة السيليكات الرقائقية على معادن كربونات (~2-21% حجم)، ومعادن كبريتيد (~2.4-5.5% حجم)، ومغنتيت (~3.6-6.8% حجم). احتوى أحد الجسيمات التي فُحصت في هذه الدراسة (C0009) على كمية صغيرة (~0.5% حجم) من السيليكات اللامائية (الزبرجد الزيتوني والبيروكسين)، مما قد يساعد في تحديد المادة المصدرية التي كوّنت حجر ريوجو الخام5. تُعد هذه السيليكات اللامائية نادرة في حبيبات ريوجو، وقد تم تحديدها بشكل إيجابي فقط في حبيبة C0009. توجد الكربونات في المصفوفة على شكل شظايا (أقل من بضع مئات من الميكرونات)، معظمها من الدولوميت، مع كميات صغيرة من كربونات الكالسيوم وبرينل. يوجد المغنتيت على شكل جزيئات معزولة، أو هياكل فرامبويدية، أو لويحات، أو تجمعات كروية. يُمثَّل الكبريتيد بشكل رئيسي بالبيروتيت على شكل مناشير/صفائح أو شرائح سداسية غير منتظمة. تحتوي المصفوفة على كمية كبيرة من البنتلانديت دون الميكرون، أو بالاشتراك مع البيروتيت. تتواجد المراحل الغنية بالكربون (<10 ميكرومتر في الحجم) في كل مكان في المصفوفة الغنية بالسيليكات. تتواجد المراحل الغنية بالكربون (<10 ميكرومتر في الحجم) في كل مكان في المصفوفة الغنية بالسيليكات. يتم دمج القواعد الأساسية (حجم أقل من 10 مم) بشكل كامل في المواد المملوءة بالألياف. تتواجد المراحل الغنية بالكربون (<10 ميكرومتر في الحجم) في كل مكان في المصفوفة الغنية بالسيليكات.يمكن أن يكون حجم الجلد أقل من 10 ميكرومتر.يمكن أن يكون حجم الجلد أقل من 10 ميكرومتر. يتم وضع القواعد الأساسية (بحجم <10 مم) في مادة حشوية أساسية. تسود المراحل الغنية بالكربون (<10 ميكرومتر في الحجم) في المصفوفة الغنية بالسيليكات.تظهر المعادن المساعدة الأخرى في الجدول التكميلي 1. تتوافق قائمة المعادن المحددة من نمط حيود الأشعة السينية لخليط C0087 وA0029 وA0037 بشكل كبير مع تلك المحددة في كوندريت CI (Orgueil)، ولكنها تختلف اختلافًا كبيرًا عن كوندريتات CY وCM (نوع Mighei) (الشكل 1 مع البيانات الموسعة والشكل التكميلي 2). يتوافق المحتوى الكلي للعناصر في حبيبات Ryugu (A0098 وC0068) أيضًا مع كوندريت 6 CI (البيانات الموسعة، الشكل 2 والجدول التكميلي 2). في المقابل، تكون كوندريتات CM مستنفدة في العناصر المتوسطة والعالية التطاير، وخاصة Mn وZn، وتكون أعلى في العناصر المقاومة للحرارة7. تختلف تركيزات بعض العناصر بشكل كبير، مما قد يكون انعكاسًا للتباين المتأصل في العينة بسبب صغر حجم الجسيمات الفردية والتحيز الناتج عن أخذ العينات. تشير جميع الخصائص الصخرية والمعدنية والعناصرية إلى أن حبيبات ريوجو تُشبه إلى حد كبير الكوندريتات CI8،9،10. ويُعدّ غياب الحديد الهيدريت والكبريتات في حبيبات ريوجو استثناءً ملحوظًا، مما يُشير إلى أن هذه المعادن في الكوندريتات CI تشكّلت بفعل التجوية الأرضية.
أ، صورة الأشعة السينية المركبة لـ Mg Kα (أحمر)، و Ca Kα (أخضر)، و Fe Kα (أزرق)، و S Kα (أصفر) مقطع مصقول جاف C0068. يتكون الكسر من سيليكات متعددة الطبقات (أحمر: ~88 حجمًا٪)، وكربونات (دولوميت؛ أخضر فاتح: ~1.6 حجمًا٪)، ومغنتيت (أزرق: ~5.3 حجمًا٪) وكبريتيدات (أصفر: كبريتيد = ~2.5٪ حجمًا. مقال. ب، صورة لمنطقة الكنتور في الإلكترونات المتناثرة للخلف على أ. برو - غير ناضج؛ دول - دولوميت؛ FeS هو كبريتيد الحديد؛ ماج - مغنتيت؛ عصير - حجر الصابون؛ Srp - سربنتين. ج، صورة عالية الدقة بالمجهر الإلكتروني النافذ (TEM) لنمو نموذجي بين الصابونيت والسربنتين تُظهر نطاقات شبكية من السربنتين والسابونيت بطول 0.7 نانومتر و1.1 نانومتر على التوالي.
يظهر تركيب مصفوفة وسيليكات الطبقات (بنسبة مئوية) لجسيمات Ryugu A0037 (دوائر حمراء متصلة) وC0068 (دوائر زرقاء متصلة) في النظام الثلاثي (Si+Al)-Mg-Fe. أ، نتائج التحليل المجهري للمسبار الإلكتروني (EPMA) المرسومة مقابل كوندريتات CI (Ivuna، Orgueil، Alais)16 موضحة باللون الرمادي للمقارنة. ب، تحليل المجهر الإلكتروني النافذ (STEM) ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS) الموضحة للمقارنة مع نيازك Orgueil9 وMurchison46 وIDP47 المائي. تم تحليل السيليكات الرقائقية دقيقة الحبيبات وخشنة الحبيبات، مع تجنب الجسيمات الصغيرة من كبريتيد الحديد. تُظهر الخطوط المنقطة في أ و ب خطوط ذوبان السابونيت والسربنتين. قد يكون التركيب الغني بالحديد في (أ) ناتجًا عن حبيبات كبريتيد الحديد دون الميكرون داخل حبيبات السيليكات الطبقية، وهو ما لا يمكن استبعاده من خلال الدقة المكانية لتحليل EPMA. قد يكون سبب نقاط البيانات ذات محتوى السيليكون الأعلى من السابونيت في (ب) وجود مادة نانوية غنية بالسيليكون غير المتبلور في فجوات طبقة السيليكات الرقائقية. عدد التحليلات: N=69 لـ A0037، N=68 لـ EPMA، N=68 لـ C0068، N=19 لـ A0037، N=27 لـ C0068 لـ STEM-EDS. (ج) خريطة نظائر لجسيم ثلاثي الأكسجين Ryugu C0014-4 مقارنةً بقيم الكوندريت CI (Orgueil)، CY (Y-82162) وبيانات المراجع (CM وC2-ung)41،48،49. حصلنا على بيانات عن نيزكي أورغيل وY-82162. CCAM هو خط من معادن الكوندريت الكربونية اللامائية، وTFL هو خط فاصل بين الأرض. d، خرائط Δ17O وδ18O لجسيمات ريوغو C0014-4، وكوندريت CI (أورغويل)، وكوندريت CY (Y-82162) (هذه الدراسة). Δ17O_Ryugu: قيمة Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: متوسط ​​قيمة Δ17O لأورغيل. Δ17O_Y-82162: متوسط ​​قيمة Δ17O لـ Y-82162. كما عُرضت بيانات CI وCY من المراجع 41، 48، 49 للمقارنة.
أُجري تحليل كتلة نظائر الأكسجين على عينة من مادة مُستخلصة من حبيبات الكربون C0014 باستخدام فلورة الليزر، كتلتها 1.83 ملغ (الطرق). للمقارنة، أجرينا سبع نسخ من أورغيل (CI) (الكتلة الكلية = 8.96 ملغ) وسبع نسخ من Y-82162 (CY) (الكتلة الكلية = 5.11 ملغ) (الجدول التكميلي 3).
يوضح الشكل 2د فصلًا واضحًا بين Δ17O وδ18O بين متوسط ​​وزن جسيمات Orgueil وRyugu مقارنةً بـ Y-82162. Δ17O لجسيم Ryugu C0014-4 أعلى من جسيم Orgeil، على الرغم من التداخل عند 2 sd. تتمتع جسيمات Ryugu بقيم Δ17O أعلى مقارنةً بـ Orgeil، مما قد يعكس التلوث الأرضي للأخير منذ سقوطه في عام 1864. يؤدي التجوية في البيئة الأرضية11 بالضرورة إلى دمج الأكسجين الجوي، مما يجعل التحليل العام أقرب إلى خط التجزئة الأرضية (TFL). يتوافق هذا الاستنتاج مع البيانات المعدنية (التي نوقشت سابقًا) التي تفيد بأن حبيبات Ryugu لا تحتوي على هيدرات أو كبريتات، بينما تحتوي Orgeil عليها.
بناءً على البيانات المعدنية المذكورة أعلاه، تدعم هذه النتائج وجود ارتباط بين حبيبات ريوجو وكوندريتات CI، لكنها تستبعد وجود ارتباط بين كوندريتات CY. إن عدم ارتباط حبيبات ريوجو بكوندريتات CY، التي تُظهر علامات واضحة على معادن الجفاف، أمرٌ محير. يبدو أن الملاحظات المدارية لريوجو تشير إلى تعرضه للجفاف، وبالتالي يُحتمل أنه يتكون من مادة CY. لا تزال أسباب هذا الاختلاف الواضح غير واضحة. يُعرض تحليل نظائر الأكسجين لجسيمات ريوجو الأخرى في ورقة بحثية مصاحبة رقم 12. ومع ذلك، فإن نتائج مجموعة البيانات الموسعة هذه تتوافق أيضًا مع الارتباط بين جسيمات ريوجو وكوندريتات CI.
باستخدام تقنيات التحليل الدقيق المنسق (الشكل التكميلي 3)، فحصنا التوزيع المكاني للكربون العضوي على كامل مساحة سطح جزء حزمة الأيونات المركزة (FIB) C0068.25 (الأشكال 3أ-و). تُظهر أطياف امتصاص الأشعة السينية للبنية الدقيقة للكربون (NEXAFS) عند الحافة القريبة في المقطع C0068.25 عدة مجموعات وظيفية - عطرية أو C=C (285.2 إلكترون فولت)، C=O (286.5 إلكترون فولت)، CH (287.5 إلكترون فولت)، وC(=O)O (288.8 إلكترون فولت). يغيب هيكل الجرافين عند 291.7 إلكترون فولت (الشكل 3أ)، مما يعني انخفاضًا في التباين الحراري. تختلف ذروة CH القوية (287.5 إلكترون فولت) للمواد العضوية الجزئية في C0068.25 عن المواد العضوية غير القابلة للذوبان في الكوندريتات الكربونية التي دُرست سابقًا، وهي أكثر تشابهًا مع IDP14 وجسيمات المذنبات التي حصلت عليها مهمة ستاردست. تشير ذروة CH القوية عند 287.5 إلكترون فولت وذروة عطرية ضعيفة جدًا أو C=C عند 285.2 إلكترون فولت إلى أن المركبات العضوية غنية بالمركبات الأليفاتية (الشكل 3أ والشكل التكميلي 3أ). تتركز المناطق الغنية بالمركبات العضوية الأليفاتية في السيليكات الغشائية خشنة الحبيبات، وكذلك في المناطق ذات بنية الكربون العطرية (أو C=C) الضعيفة (الشكل 3ج، د). في المقابل، أظهرت A0037،22 (الشكل التكميلي 3) جزئيًا محتوى أقل من المناطق الغنية بالكربون الأليفاتية. التركيب المعدني الأساسي لهذه الحبيبات غني بالكربونات، على غرار الكوندريت CI 16، مما يشير إلى تغيرات واسعة النطاق في مياه المصدر (الجدول التكميلي 1). ستُفضي ظروف الأكسدة إلى تركيزات أعلى من المجموعات الوظيفية الكربونيل والكربوكسيل في المركبات العضوية المرتبطة بالكربونات. يمكن أن يختلف توزيع المواد العضوية ذات الهياكل الكربونية الأليفاتية، دون الميكرون، اختلافًا كبيرًا عن توزيع السيليكات الطبقية ذات الحبيبات الخشنة. عُثر على تلميحات لمركبات عضوية أليفاتية مرتبطة بـ phyllosilicate-OH في نيزك بحيرة تاجيش. تشير بيانات التحليل المجهري المنسقة إلى أن المادة العضوية الغنية بالمركبات الأليفاتية قد تكون منتشرة على نطاق واسع في الكويكبات من النوع C ومرتبطة ارتباطًا وثيقًا بـ phyllosilicates. يتوافق هذا الاستنتاج مع التقارير السابقة عن CHs الأليفاتية/العطرية في جسيمات ريوغو التي أظهرها MicroOmega، وهو مجهر فائق الطيف يعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة. إن السؤال المهم الذي لم يتم حله بعد هو ما إذا كانت الخصائص الفريدة للمركبات العضوية الغنية بالكربون الأليفاتي المرتبطة بالسيليكات الخشنة الحبيبات التي لوحظت في هذه الدراسة موجودة فقط على الكويكب ريوجو.
أ، أطياف كربون NEXAFS مُعَيَّرة إلى ٢٩٢ إلكترون فولت في المنطقة الغنية بالمركبات العطرية (C=C) (أحمر)، والمنطقة الغنية بالأليفاتية (أخضر)، وفي المصفوفة (أزرق). الخط الرمادي هو طيف مورشيسون ١٣ العضوي غير القابل للذوبان للمقارنة. au، وحدة التحكيم. ب، صورة طيفية مجهرية بالأشعة السينية بنفاذ المسح (STXM) لحافة الكربون K تُظهر أن المقطع يهيمن عليه الكربون. ج، رسم بياني مركب RGB مع مناطق غنية بالمركبات العطرية (C=C) (أحمر)، ومناطق غنية بالأليفاتية (أخضر)، ومصفوفة (أزرق). د، تتركز المركبات العضوية الغنية بالمركبات الأليفاتية في سيليكات فيلوية خشنة الحبيبات، وتُكبَّر المنطقة من المربعات البيضاء المنقطة في ب وج. هـ، كرات نانوية كبيرة (ng-1) في المنطقة المكبر من المربع الأبيض المنقطة في ب وج. للبيروتيت. Pn: نيكل-كروميت. f، مطياف الكتلة الأيونية الثانوية النانوية (NanoSIMS)، صور العناصر الهيدروجين (1H)، والكربون (12C)، والنيتروجين (12C14N)، صور نسبة العناصر 12C/1H، وصور النظائر المتقاطعة δD، وδ13C، وδ15N - القسم PG-1: الجرافيت قبل الشمسي مع إثراء شديد بالكربون 13 (الجدول التكميلي 4).
يمكن للدراسات الحركية لتحلل المواد العضوية في نيازك مورشيسون أن توفر معلومات مهمة حول التوزيع غير المتجانس للمواد العضوية الأليفاتية الغنية بحبيبات ريوجو. تُظهر هذه الدراسة أن روابط CH الأليفاتية في المادة العضوية تستمر حتى درجة حرارة قصوى تبلغ حوالي 30 درجة مئوية في المادة الأصلية، و/أو تتغير مع تغير العلاقة بين الزمن ودرجة الحرارة (مثلاً، 200 عام عند 100 درجة مئوية و0 درجة مئوية بعد 100 مليون سنة). إذا لم يُسخّن السلف عند درجة حرارة معينة لأكثر من فترة زمنية محددة، فقد يبقى التوزيع الأصلي للمواد العضوية الأليفاتية الغنية بالسيليكات الرقائقية. ومع ذلك، قد تُعقّد تغيرات مياه الصخور المصدر هذا التفسير، حيث لا يُظهر A0037 الغني بالكربونات أي مناطق أليفاتية غنية بالكربون مرتبطة بالسيليكات الرقائقية. يتوافق هذا التغير المنخفض في درجة الحرارة تقريبًا مع وجود الفلسبار المكعب في حبيبات ريوجو (الجدول التكميلي 1).
يحتوي الكسر C0068.25 (ng-1؛ الأشكال 3أ-ج، هـ) على كرة نانوية كبيرة تُظهر أطيافًا عطرية عالية (أو C=C)، وأليفاتية معتدلة، وضعيفة من C(=O)O وC=O. لا تتطابق بصمة الكربون الأليفاتي مع بصمة المواد العضوية غير القابلة للذوبان في الكتلة والكرات النانوية العضوية المرتبطة بالكوندريتات (الشكل 3أ) 17،21. أظهر التحليل الطيفي رامان والأشعة تحت الحمراء للكرات النانوية في بحيرة تاجيش أنها تتكون من مركبات عضوية أليفاتية ومؤكسدة، ومركبات عضوية عطرية متعددة الحلقات غير منظمة ذات بنية معقدة 22،23. ولأن المصفوفة المحيطة تحتوي على مواد عضوية غنية بالمركبات الأليفاتية، فقد تكون بصمة الكربون الأليفاتي في ng-1 مجرد عيب تحليلي. من المثير للاهتمام أن ng-1 يحتوي على سيليكات غير متبلورة مدمجة (الشكل 3هـ)، وهو نسيج لم يُسجل بعد لأي مواد عضوية خارج الأرض. قد تكون السيليكات غير المتبلورة مكونات طبيعية لـ ng-1 أو قد تنتج عن عدم تبلور السيليكات المائية/اللامائية بواسطة حزمة أيونية و/أو إلكترونية أثناء التحليل.
تُظهر صور أيونات NanoSIMS لقسم C0068.25 (الشكل 3f) تغيرات منتظمة في δ13C وδ15N، باستثناء حبيبات ما قبل الشمس ذات إثراء كبير بالكربون 13 يبلغ 30,811‰ (PG-1 في صورة δ13C في الشكل 3f) (الجدول التكميلي 4). تُظهر صور الحبيبات الأولية بالأشعة السينية وصور المجهر الإلكتروني النافذ عالية الدقة تركيز الكربون والمسافة بين المستويات القاعدية البالغة 0.3 نانومتر فقط، وهو ما يُطابق الجرافيت. تجدر الإشارة إلى أن قيم δD (841 ± 394‰) وδ15N (169 ± 95‰)، الغنية بالمواد العضوية الأليفاتية المرتبطة بالسيليكات الغشائية خشنة الحبيبات، أعلى قليلاً من المتوسط ​​للمنطقة C بأكملها (δD = 528 ± 139‰). ‰، δ15N = 67 ± 15‰) في C0068.25 (الجدول التكميلي 4). تشير هذه الملاحظة إلى أن المواد العضوية الغنية بالأليفاتية في السيليكات الغشائية خشنة الحبيبات قد تكون أكثر بدائية من المواد العضوية المحيطة بها، حيث ربما تكون الأخيرة قد خضعت لتبادل نظائري مع الماء المحيط بها في الجسم الأصلي. بدلاً من ذلك، قد تكون هذه التغيرات النظائرية مرتبطة أيضًا بعملية التكوين الأولية. يُفسَّر أن السيليكات الطبقية دقيقة الحبيبات في كوندريتات CI قد تشكّلت نتيجةً للتغيير المستمر في مجموعات السيليكات اللامائية خشنة الحبيبات الأصلية. ويُحتمل أن تكون المادة العضوية الغنية بالأليفات قد تشكّلت من جزيئات سابقة في القرص الكوكبي الأولي أو الوسط بين النجمي قبل تشكّل النظام الشمسي، ثم تغيّرت قليلاً خلال التغيرات المائية في الجسم الأم (ريوغو). إن حجم ريوجو (<1.0 كم) صغير للغاية بحيث لا يتمكن من الحفاظ على الحرارة الداخلية بشكل كافٍ للتغيير المائي لتكوين المعادن المائية25. إن حجم ريوجو (<1.0 كم) صغير للغاية بحيث لا يتمكن من الحفاظ على حرارة داخلية كافية للتغيير المائي لتكوين المعادن المائية25. حجم (<1,0 كم) حجم صغير جدًا لضمان توفير المياه الساخنة لتطهير المياه باستخدام المياه مينيرالوف25. الحجم (<1.0 كم) ريوجو صغير جدًا بحيث لا يتمكن من الحفاظ على حرارة داخلية كافية لتغير الماء لتكوين المعادن المائية25. ريوجو 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含水矿物25. ريوجو 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含水矿物25. حجم Рюгу (<1,0 км) сликом мал، чтобы поддерогивать внутrenнее тепло для зменения воды с образованием водный минералов25. حجم ريوجو (<1.0 كم) صغير جدًا لدعم الحرارة الداخلية لتغيير الماء لتكوين المعادن المائية25.لذلك، قد يلزم وجود أسلاف ريوجو التي يبلغ حجمها عشرات الكيلومترات. قد تحتفظ المادة العضوية الغنية بالمركبات الأليفاتية بنسب نظائرها الأصلية نتيجةً لارتباطها بالسيليكات الغشائية خشنة الحبيبات. ومع ذلك، لا تزال الطبيعة الدقيقة للناقلات الثقيلة النظيرية غير مؤكدة نظرًا للخلط المعقد والدقيق للمكونات المختلفة في كسور FIB هذه. يمكن أن تكون هذه مواد عضوية غنية بالمركبات الأليفاتية في حبيبات ريوجو أو سيليكات غشائية خشنة تحيط بها. تجدر الإشارة إلى أن المادة العضوية في جميع الكوندريتات الكربونية تقريبًا (بما في ذلك الكوندريتات CI) تميل إلى أن تكون أغنى بـ D منها بالسيليكات الغشائية، باستثناء نيازك CM Paris 24 و26.
مخططات حجم δD وδ15N لشرائح FIB المُحصّلة لشرائح FIB A0002.23 وA0002.26، وA0037.22 وA0037.23، وC0068.23 وC0068.25 وC0068.26 (ما مجموعه سبع شرائح FIB من ثلاثة جسيمات ريوغو). يوضح الشكل 4 (الجدول التكميلي 4) مقارنة بين NanoSIMS وأجرام أخرى في النظام الشمسي. تتوافق تغيرات الحجم في δD وδ15N في ملفات تعريف A0002 وA0037 وC0068 مع تلك الموجودة في IDP، ولكنها أعلى من تلك الموجودة في كوندريتات CM وCI (الشكل 4). لاحظ أن نطاق قيم δD لعينة المذنب 29 (-240 إلى 1655‰) أكبر من نطاق ريوجو. أحجام δD و δ15N لمقاطع ريوكيو، كقاعدة عامة، أصغر من متوسط ​​مذنبات عائلة المشتري وسحابة أورت (الشكل 4). قد تعكس قيم δD المنخفضة لكوندريتات CI تأثير التلوث الأرضي في هذه العينات. ونظرًا للتشابه بين بيلز وبحيرة تاجيش وIDP، فإن التباين الكبير في قيم δD و δN في جسيمات ريوجو قد يعكس تغييرات في التوقيعات النظيرية الأولية للتركيبات العضوية والمائية في النظام الشمسي المبكر. تشير التغييرات النظيرية المتشابهة في δD و δN في جسيمات ريوجو وIDP إلى أن كليهما قد يكون قد تشكل من مادة من نفس المصدر. يُعتقد أن الجسيمات المشردة داخليًا تنشأ من مصادر المذنبات 14. لذلك، قد يحتوي ريوجو على مواد تشبه المذنبات و/أو على الأقل النظام الشمسي الخارجي. ومع ذلك، قد يكون هذا أكثر صعوبة مما ذكرنا هنا بسبب (1) خليط الماء الكروي والغني بالـ D على الجسم الأم 31 و(2) نسبة D/H للمذنب كدالة لنشاط المذنب 32. ومع ذلك، فإن أسباب عدم التجانس الملحوظ لنظائر الهيدروجين والنيتروجين في جسيمات ريوجو ليست مفهومة تمامًا، ويرجع ذلك جزئيًا إلى العدد المحدود من التحليلات المتاحة اليوم. لا تزال نتائج أنظمة نظائر الهيدروجين والنيتروجين تثير احتمال احتواء ريوجو على معظم المواد من خارج النظام الشمسي وبالتالي قد تظهر بعض التشابه مع المذنبات. لم يُظهر ملف تعريف ريوجو أي ارتباط واضح بين δ13C وδ15N (الجدول التكميلي 4).
يتوافق التركيب النظيري الكلي للهيدروجين والنيتروجين لجسيمات ريوغو (الدوائر الحمراء: A0002، A0037؛ الدوائر الزرقاء: C0068) مع القدر الشمسي 27، وعائلة المشتري المتوسطة (JFC27)، ومذنبات سحابة أورت (OCC27)، وIDP28، والكوندرولات الكربونية. مقارنة بين النيزك 27 (CI، CM، CR، C2-ung). يرد التركيب النظيري في الجدول التكميلي 4. الخطوط المنقطة هي قيم النظائر الأرضية للهيدروجين والنيتروجين.
لا يزال نقل المواد المتطايرة (مثل المواد العضوية والماء) إلى الأرض مصدر قلق26،27،33. قد تكون المادة العضوية دون الميكرونية المرتبطة بالسيليكات الغشائية الخشنة في جسيمات ريوغو التي تم تحديدها في هذه الدراسة مصدرًا مهمًا للمواد المتطايرة. تتمتع المادة العضوية في السيليكات الغشائية الخشنة بحماية أفضل من التحلل16،34 والتحلل35 مقارنةً بالمادة العضوية في المصفوفات الدقيقة. إن التركيب النظيري الأثقل للهيدروجين في الجسيمات يعني أنه من غير المرجح أن تكون المصدر الوحيد للمواد المتطايرة التي انتقلت إلى الأرض في مراحلها المبكرة. يمكن خلطها بمكونات ذات تركيب نظيري هيدروجيني أخف، كما طُرح مؤخرًا في فرضية وجود ماء مدفوع بالرياح الشمسية في السيليكات.
في هذه الدراسة، نُبيّن أن نيازك CI، على الرغم من أهميتها الجيوكيميائية كممثلة للتركيب الكلي للنظام الشمسي،6،10، تُعدّ عينات ملوثة أرضيًا. كما نُقدّم دليلًا مباشرًا على التفاعلات بين المادة العضوية الأليفاتية الغنية والمعادن المائية المجاورة، ونُشير إلى أن ريوجو قد يحتوي على مواد خارج المجموعة الشمسية37. تُبيّن نتائج هذه الدراسة بوضوح أهمية أخذ العينات المباشرة من الكويكبات الأولية، وضرورة نقل العينات المُعادة في ظروف خاملة ومعقمة تمامًا. تُظهر الأدلة المُقدّمة هنا أن جسيمات ريوجو هي بلا شك واحدة من أكثر مواد النظام الشمسي نقاوةً المتاحة للأبحاث المخبرية، وأنّ المزيد من دراسة هذه العينات الثمينة سيُوسّع بلا شك فهمنا لعمليات النظام الشمسي المبكرة. تُمثّل جسيمات ريوجو أفضل تمثيل للتركيب الكلي للنظام الشمسي.
لتحديد البنية الدقيقة المعقدة والخصائص الكيميائية لعينات دون الميكرون، استخدمنا التصوير المقطعي المحوسب القائم على إشعاع السنكروترون (SR-XCT) والتصوير المقطعي المحوسب حيود الأشعة السينية (SR-XRD)، وتحليل FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM. لم نلاحظ أي تدهور أو تلوث ناتج عن الغلاف الجوي للأرض، ولم نتعرض لأي ضرر ناتج عن الجسيمات الدقيقة أو العينات الميكانيكية. في غضون ذلك، أجرينا تحليلًا حجميًا منهجيًا باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)-EDS، وEPMA، وXRD، وتحليل التنشيط النيوتروني الآلي (INAA)، ومعدات فلورة نظائر الأكسجين بالليزر. تظهر إجراءات التحليل في الشكل التكميلي 3، ويرد وصف لكل تحليل في الأقسام التالية.
استُعيدت جزيئات من كويكب ريوغو من وحدة إعادة دخول هايابوسا-2، وسُلِّمت إلى مركز التحكم التابع لوكالة جاكسا في ساغاميهارا باليابان، دون تلويث الغلاف الجوي للأرض. بعد التوصيف الأولي غير المدمر في منشأة تديرها جاكسا، تُستخدم حاويات نقل بين المواقع قابلة للإغلاق وأكياس كبسولات العينات (مصنوعة من كريستال الياقوت بقطر 10 أو 15 مم والفولاذ المقاوم للصدأ، حسب حجم العينة) لتجنب التداخل البيئي. الملوثات البيئية و/أو الأرضية (مثل بخار الماء، والهيدروكربونات، والغازات الجوية، والجسيمات الدقيقة) والتلوث المتبادل بين العينات أثناء تحضيرها ونقلها بين المعاهد والجامعات. لتجنب التدهور والتلوث الناتج عن التفاعل مع الغلاف الجوي للأرض (بخار الماء والأكسجين)، أُجريت جميع أنواع تحضير العينات (بما في ذلك التقطيع بإزميل التنتالوم، واستخدام منشار سلكي ماسي متوازن (شركة ميوا فوسيس DWS 3400)، وقطع الإيبوكسي (التحضير للتركيب) في صندوق القفازات تحت بيئة نظيفة وجافة من غاز النيتروجين (درجة الندى: من -80 إلى -60 درجة مئوية، تركيز الأكسجين: 50-100 جزء في المليون). تُنظف جميع الأدوات المستخدمة هنا بمزيج من الماء فائق النقاء والإيثانول باستخدام موجات فوق صوتية بترددات مختلفة.
هنا نقوم بدراسة مجموعة النيازك التي جمعها المعهد الوطني لبحوث القطب الشمالي (NIPR) من مركز أبحاث النيازك في القارة القطبية الجنوبية (CI: Orgueil، CM2.4: Yamato (Y)-791198، CY: Y-82162 وCY: Y 980115).
لنقل البيانات بين الأجهزة المستخدمة في تحليل SR-XCT وNanoSIMS وSTXM-NEXAFS وTEM، استخدمنا حامل العينة فائق الرقة العالمي الموصوف في الدراسات السابقة38.
أُجري تحليل SR-XCT لعينات ريوغو باستخدام نظام التصوير المقطعي المحوسب المتكامل BL20XU/SPring-8. يتألف نظام التصوير المقطعي المحوسب المتكامل من أوضاع قياس مختلفة: وضع مجال الرؤية الواسع والدقة المنخفضة (WL) لالتقاط بنية العينة بالكامل، ووضع مجال الرؤية الضيق والدقة العالية (NH) لقياس مساحة العينة بدقة. كما أُجريت فحوصات الأشعة السينية والتصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية (XRD-CT) للحصول على مخطط ثنائي الأبعاد لأطوار المعدن في المستوى الأفقي للعينة. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن إجراء جميع القياسات دون الحاجة إلى استخدام النظام المدمج لإزالة حامل العينة من القاعدة، مما يسمح بقياسات دقيقة للتصوير المقطعي المحوسب وXRD-CT. زُوِّد كاشف الأشعة السينية بوضع WL (BM AA40P؛ هاماماتسو فوتونيكس) بكاميرا إضافية من أشباه الموصلات المعدنية (CMOS) بدقة 4608 × 4608 بكسل (C14120-20P؛ هاماماتسو فوتونيكس) مزودة بمصباح وميضي يتكون من 10 بلورات أحادية من عقيق ألومنيوم لوتيتيوم بسمك ميكرومتر (Lu3Al5O12:Ce) وعدسة ترحيل. يبلغ حجم البكسل في وضع WL حوالي 0.848 ميكرومتر. وبالتالي، يبلغ مجال الرؤية (FOV) في وضع WL حوالي 6 مم في وضع التصوير المقطعي المحوسب الإزاحي. زُوِّد كاشف الأشعة السينية بوضع NH (BM AA50؛ هاماماتسو فوتونيكس) بعامل وميض من غادولينيوم-ألومنيوم-غاليوم جارنيت (Gd3Al2Ga3O12) بسمك 20 ميكرومتر، وكاميرا CMOS (C11440-22CU) بدقة 2048 × 2048 بكسل (هاماماتسو فوتونيكس) وعدسة × 20. يبلغ حجم البكسل في وضع NH حوالي 0.25 ميكرومتر، ومجال الرؤية حوالي 0.5 مم. زُوِّد كاشف وضع XRD (BM AA60؛ هاماماتسو فوتونيكس) بعامل وميض يتكون من شاشة مسحوق P43 (Gd2O2S:Tb) بسمك 50 ميكرومتر، وكاميرا CMOS بدقة 2304 × 2304 بكسل (C15440-20UP؛ هاماماتسو فوتونيكس) وعدسة ترحيل. يبلغ حجم البكسل الفعال للكاشف 19.05 ميكرومتر، ومجال رؤيته 43.9 مم². لزيادة مجال الرؤية، استخدمنا تقنية التصوير المقطعي المحوسب الإزاحي في وضع WL. تتكون صورة الضوء المنقول لإعادة بناء التصوير المقطعي المحوسب من صورة منعكسة أفقيًا حول محور الدوران بزاوية تتراوح بين 180 درجة و360 درجة، وصورة منعكسة أفقيًا حول محور الدوران بزاوية تتراوح بين 0 درجة و180 درجة.
في وضع XRD، يتم تركيز شعاع الأشعة السينية بواسطة لوحة منطقة فرينل. في هذا الوضع، يتم وضع الكاشف على بعد 110 مم خلف العينة ويكون توقف الشعاع على بعد 3 مم أمام الكاشف. تم الحصول على صور حيود في نطاق 2θ من 1.43 درجة إلى 18.00 درجة (خطوة الشبكة d = 16.6-1.32 Å) مع تركيز بقعة الأشعة السينية في أسفل مجال رؤية الكاشف. تتحرك العينة عموديًا على فترات منتظمة، مع نصف دورة لكل خطوة مسح عمودي. إذا استوفت الجسيمات المعدنية شرط Bragg عند الدوران بمقدار 180 درجة، فمن الممكن الحصول على حيود الجسيمات المعدنية في المستوى الأفقي. تم بعد ذلك دمج صور الحيود في صورة واحدة لكل خطوة مسح عمودي. تكون ظروف اختبار SR-XRD-CT هي نفسها تقريبًا مثل ظروف اختبار SR-XRD. في وضع XRD-CT، يتم وضع الكاشف على بعد 69 مم خلف العينة. تتراوح صور الحيود في نطاق 2θ بين 1.2 درجة و17.68 درجة (d = 19.73 إلى 1.35 Å)، حيث يكون كلٌّ من شعاع الأشعة السينية ومحدد الشعاع على خط واحد مع مركز مجال رؤية الكاشف. امسح العينة أفقيًا وأدرها بزاوية 180 درجة. أُعيد بناء صور SR-XRD-CT باستخدام قيم بكسل لشدة المعادن القصوى. في المسح الأفقي، تُمسح العينة عادةً في 500-1000 خطوة.
في جميع التجارب، ثُبّتت طاقة الأشعة السينية عند 30 كيلو إلكترون فولت، لأن هذا هو الحد الأدنى لنفاذ الأشعة السينية إلى النيازك التي يبلغ قطرها حوالي 6 مم. بلغ عدد الصور الملتقطة لجميع قياسات التصوير المقطعي المحوسب أثناء الدوران بزاوية 180 درجة 1800 صورة (3600 صورة لبرنامج التصوير المقطعي المحوسب الإزاحي)، وبلغ زمن التعرض للصور 100 مللي ثانية في وضع WL، و300 مللي ثانية في وضع NH، و500 مللي ثانية في وضع XRD، و50 مللي ثانية في وضع XRD-CT. يبلغ متوسط ​​زمن مسح العينة حوالي 10 دقائق في وضع WL، و15 دقيقة في وضع NH، و3 ساعات في وضع XRD، و8 ساعات في وضع SR-XRD-CT.
أُعيد بناء صور الأشعة المقطعية المحوسبة باستخدام الإسقاط الخلفي التلافيفي، وعُيِّرت لمعامل توهين خطي يتراوح بين ٠ و٨٠ سم-١. استُخدم برنامج Slice لتحليل البيانات ثلاثية الأبعاد، وبرنامج muXRD لتحليل بيانات حيود الأشعة السينية.
تم صقل جسيمات ريوغو (A0029، A0037، C0009، C0014، وC0068) المثبتة بالإيبوكسي تدريجيًا على السطح حتى مستوى طبقة تلميع الماس بسُمك 0.5 ميكرومتر (3 أمتار) في ظروف جافة، مع تجنب ملامسة المادة للسطح أثناء عملية الصقل. فُحص السطح المصقول لكل عينة أولًا بالمجهر الضوئي، ثم بُعثت الإلكترونات للحصول على صور معدنية وملمسية (BSE) للعينات وعناصر NIPR نوعية باستخدام مجهر المسح الإلكتروني الماسح JEOL JSM-7100F المجهز بمطياف تشتيت الطاقة (AZtec). حُلل محتوى العناصر الرئيسية والثانوية لكل عينة باستخدام جهاز تحليل مجهري بمسبار إلكتروني (EPMA، JEOL JXA-8200). حُلّلت جسيمات السيليكات والكربونات الفيلوكيميائية عند 5 نانو أمبير، والمعايير الطبيعية والصناعية عند 15 كيلو فولت، والكبريتيدات، والمغنتيت، والأوليفين، والبيروكسين عند 30 نانو أمبير. حُسبت الدرجات النمطية من خرائط العناصر وصور BSE باستخدام برنامج ImageJ 1.53، مع تحديد عتبات مناسبة لكل معدن بشكل عشوائي.
أُجري تحليل نظائر الأكسجين في الجامعة المفتوحة (ميلتون كينز، المملكة المتحدة) باستخدام نظام فلورة ليزر الأشعة تحت الحمراء. وسُلِّمت عينات هايابوسا 2 إلى الجامعة المفتوحة 38 في حاويات مملوءة بالنيتروجين لنقلها بين المرافق.
تم تحميل العينة في صندوق قفازات نيتروجين مع مستوى أكسجين مراقب أقل من 0.1٪. بالنسبة للعمل التحليلي لـ Hayabusa2، تم تصنيع حامل عينة Ni جديد، يتكون من فتحتين فقط للعينة (قطر 2.5 مم، عمق 5 مم)، واحدة لجسيمات Hayabusa2 والأخرى للمعيار الداخلي من حجر السج. أثناء التحليل، تم تغطية بئر العينة الذي يحتوي على مادة Hayabusa2 بنافذة BaF2 داخلية يبلغ سمكها حوالي 1 مم وقطرها 3 مم لحمل العينة أثناء تفاعل الليزر. تم الحفاظ على تدفق BrF5 إلى العينة من خلال قناة خلط الغاز المقطوعة في حامل عينة Ni. كما أعيد تكوين حجرة العينة بحيث يمكن إزالتها من خط الفلورة الفراغية ثم فتحها في صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين. تم إغلاق الحجرة المكونة من قطعتين بختم ضغط بحشية نحاسية ومشبك سلسلة EVAC Quick Release CeFIX 38. تسمح نافذة BaF2 بسمك 3 مم في الجزء العلوي من الحجرة بمراقبة العينة وتسخين الليزر في وقت واحد. بعد تحميل العينة، ثبّت الحجرة مرة أخرى وأعد توصيلها بالخط المفلور. قبل التحليل، سُخّنت حجرة العينة تحت التفريغ إلى حوالي 95 درجة مئوية طوال الليل لإزالة أي رطوبة ممتصة. بعد التسخين طوال الليل، تُركت الحجرة لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة، ثم طُهّر الجزء المعرض للهواء الجوي أثناء نقل العينة بثلاث جرعات من BrF5 لإزالة الرطوبة. تضمن هذه الإجراءات عدم تعرض عينة هايابوسا 2 للهواء الجوي وعدم تلوثها بالرطوبة من جزء الخط المفلور الذي تم تنفيسه إلى الغلاف الجوي أثناء تحميل العينة.
حُللت عينات جسيمات Ryugu C0014-4 وOrgueil (CI) في وضع "أحادي" مُعدّل42، بينما أُجري تحليل Y-82162 (CY) على صينية واحدة ذات آبار عينات متعددة41. ونظرًا لتركيبها اللامائي، فليس من الضروري استخدام طريقة واحدة لتحليل كوندريتات CY. سُخّنت العينات باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون بالأشعة تحت الحمراء من شركة Photon Machines Inc. بقوة 50 واط (10.6 ميكرومتر) مُثبّت على منصة XYZ في وجود BrF5. يراقب نظام الفيديو المدمج مسار التفاعل. بعد الفلورة، رُشّ الأكسجين المُحرّر باستخدام مصيدة نيتروجين مُبرّدتين وطبقة مُسخّنة من بروميد البوتاسيوم لإزالة أي فلور زائد. حُلّل التركيب النظيري للأكسجين المُنقّى باستخدام مطياف الكتلة Thermo Fisher MAT 253 ثنائي القناة بدقة كتلة تبلغ حوالي 200.
في بعض الحالات، كانت كمية غاز الأكسجين المنبعثة أثناء تفاعل العينة أقل من 140 ميكروغرام، وهو الحد التقريبي لاستخدام جهاز المنفاخ على مطياف الكتلة MAT 253. في هذه الحالات، تُستخدم أحجام صغيرة للتحليل. بعد تحليل جسيمات هايابوسا 2، فُلورة المعيار الداخلي للسبج، وحُدد تركيب نظير الأكسجين الخاص به.
تتداخل أيونات شظية NF+ NF3+ مع الشعاع ذي الكتلة 33 (16O17O). وللتغلب على هذه المشكلة المحتملة، تُعالَج معظم العينات باستخدام إجراءات الفصل بالتبريد العميق. يمكن إجراء ذلك في الاتجاه الأمامي قبل تحليل MAT 253 أو كتحليل ثانٍ بإعادة الغاز المُحلَّل إلى المنخل الجزيئي الخاص وإعادة تمريره بعد الفصل بالتبريد العميق. يتضمن الفصل بالتبريد العميق إمداد المنخل الجزيئي بالغاز عند درجة حرارة النيتروجين السائل، ثم تفريغه في المنخل الجزيئي الأساسي عند درجة حرارة -130 درجة مئوية. وقد أظهرت الاختبارات المكثفة أن NF+ يبقى على المنخل الجزيئي الأول، ولا يحدث أي تجزئة ملحوظة باستخدام هذه الطريقة.
بناءً على تحليلات متكررة لمعاييرنا الداخلية من حجر السج، فإن الدقة الكلية للنظام في وضع المنفاخ هي: ±0.053‰ لـ δ17O، ±0.095‰ لـ δ18O، ±0.018‰ لـ Δ17O (انحراف معياري 2). يُعطى تحليل نظائر الأكسجين باستخدام ترميز دلتا القياسي، حيث تُحسب دلتا18O على النحو التالي:
استخدم أيضًا نسبة 17O/16O لـ δ17O. VSMOW هو المعيار الدولي لمعيار فيينا المتوسط ​​لمياه البحر. يمثل Δ17O الانحراف عن خط تجزئة الأرض، وصيغة الحساب هي: Δ17O = δ17O – 0.52 × δ18O. جميع البيانات الواردة في الجدول التكميلي 3 مُعدّلة وفقًا للفجوات.
تم استخراج مقاطع بسمك يتراوح بين 150 و200 نانومتر تقريبًا من جسيمات ريوغو باستخدام أداة Hitachi High Tech SMI4050 FIB في JAMSTEC، معهد كوتشي لأخذ العينات الأساسية. تجدر الإشارة إلى أنه تم استرداد جميع مقاطع FIB من شظايا الجسيمات غير المعالجة بعد إزالتها من أوعية مملوءة بغاز N2 للنقل بين الأجسام. لم يتم قياس هذه الشظايا بواسطة SR-CT، ولكن تمت معالجتها بأقل تعرض للغلاف الجوي للأرض لتجنب الضرر والتلوث المحتملين اللذين قد يؤثران على طيف حافة الكربون K. بعد ترسيب طبقة واقية من التنغستن، تم قطع المنطقة المعنية (حتى 25 × 25 ميكرومتر مربع) وترقيقها باستخدام شعاع أيون Ga+ بجهد تسريع 30 كيلو فولت، ثم عند 5 كيلو فولت وتيار مسبار 40 بيكو أمبير لتقليل تلف السطح. ثم تم وضع المقاطع فائقة الرقة على شبكة نحاسية مكبرة (شبكة كوتشي) 39 باستخدام معالج دقيق مزود بـ FIB.
تم تغليف حبيبات ريوغو A0098 (1.6303 ملغ) وC0068 (0.6483 ملغ) مرتين في صفائح بولي إيثيلين نقية عالية النقاء داخل صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين النقي على متن SPring-8 دون أي تفاعل مع الغلاف الجوي للأرض. تم تحضير عينة لـ JB-1 (صخرة مرجعية جيولوجية صادرة عن هيئة المسح الجيولوجي اليابانية) في جامعة طوكيو متروبوليتان.
يُعقد معهد INAA في معهد العلوم الإشعاعية والنووية المتكاملة بجامعة كيوتو. عُرّضت العينات للإشعاع مرتين بدورات إشعاع مختلفة، اختيرت وفقًا لعمر النصف للنويدة المستخدمة في تحديد كمية العنصر. أولًا، عُرّضت العينة للإشعاع في أنبوب إشعاع هوائي لمدة 30 ثانية. تبلغ تدفقات النيوترونات الحرارية والسريعة في الشكل 3 4.6 × 1012 و9.6 × 1011 سم-2 ثانية-1، على التوالي، لتحديد محتوى المغنيسيوم والألمنيوم والكالسيوم والتيتانيوم والخامس والمنجنيز. كما عُرّضت مواد كيميائية مثل أكسيد المغنيسيوم (بنقاء 99.99%، شركة سويكاوا الكيميائية)، والألمنيوم (بنقاء 99.99%، شركة سويكاوا الكيميائية)، ومعدن السيليكون (بنقاء 99.999%، شركة فوجي فيلم واكو بيور الكيميائية) للإشعاع لتصحيح التفاعلات النووية المتداخلة مثل (n, n). تم تعريض العينة أيضًا لإشعاع كلوريد الصوديوم (نقاء 99.99٪؛ MANAC) لتصحيح التغيرات في تدفق النيوترونات.
بعد التشعيع بالنيوترونات، استُبدلت طبقة البولي إيثيلين الخارجية بأخرى جديدة، وقيست إشعاعات غاما المنبعثة من العينة والمرجع فورًا باستخدام كاشف الجرمانيوم. أُعيد تشعيع العينات نفسها لمدة 4 ساعات في أنبوب تشعيع هوائي. 2 لديه تدفقات نيوترونية حرارية وسريعة قدرها 5.6 ​​× 1012 و1.2 × 1012 سم-2 ثانية-1، على التوالي، لتحديد الصوديوم (Na)، والبوتاسيوم (K)، والكالسيوم (Ca)، والكربون (Sc)، والكروم (Cr)، والحديد (Fe)، والكوبالت (Co)، والنيكل (Ni)، والزنك (Zn)، والغال (Ga)، والزرنيخ (As)، ومحتوى السيلينيوم (Se)، والأنثوس (Sb)، والإيريديوم (Ir)، والذهب (Au). عُرّضت عينات الضبط المكونة من الغاليوم (Ga)، والزرنيخ (As)، والسيلينيوم (Se)، والأنثوس (Sb)، والإيريديوم (Ir)، والذهب (Au) للإشعاع بوضع كميات مناسبة (من 10 إلى 50 ميكروغرام) من المحاليل القياسية ذات التركيزات المعروفة لهذه العناصر على ورقتي ترشيح، ثم عُرّضت العينات للإشعاع. أُجري عدّ أشعة غاما في معهد العلوم الإشعاعية والنووية المتكاملة بجامعة كيوتو، ومركز أبحاث معهد البحوث النووية بجامعة طوكيو الحضرية. الإجراءات التحليلية والمواد المرجعية المستخدمة لتحديد عناصر INAA كميًا هي نفسها الموصوفة في عملنا السابق.
تم استخدام جهاز حيود الأشعة السينية (Rigaku SmartLab) لجمع أنماط حيود عينات Ryugu A0029 (<1 مجم)، وA0037 (≪1 مجم)، وC0087 (<1 مجم) في NIPR. تم استخدام جهاز حيود الأشعة السينية (Rigaku SmartLab) لجمع أنماط حيود عينات Ryugu A0029 (<1 مجم)، وA0037 (≪1 مجم)، وC0087 (<1 مجم) في NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционный картин образцов Ryugu A0029 (<1 مللي جرام)، A0037 (≪1 مللي جرام) و C0087 (<1 مللي جرام) في NIPR. تم استخدام جهاز حيود الأشعة السينية (Rigaku SmartLab) لجمع أنماط حيود عينات Ryugu A0029 (<1 مجم)، وA0037 (≪1 مجم)، وC0087 (<1 مجم) في NIPR.使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 مجم)، A0037 (<1 مجم) وC0087 (<1 مجم) 的衍射图案.使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 مجم)، A0037 (<1 مجم) وC0087 (<1 مجم) 的衍射图案. تم الحصول على Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг)، A0037 (<1 мг) و C0087 (<1 мг) в NIPR с использованием раентгеновского حيود (Rigaku SmartLab). تم الحصول على أنماط حيود الأشعة السينية للعينات Ryugu A0029 (<1 مجم)، وA0037 (<1 مجم)، وC0087 (<1 مجم) في NIPR باستخدام مقياس حيود الأشعة السينية (Rigaku SmartLab).طُحِنَت جميع العينات إلى مسحوق ناعم على رقاقة سيليكون غير عاكسة باستخدام صفيحة زجاجية من الياقوت، ثم وُزِّعَت بالتساوي على رقاقة السيليكون غير العاكسة دون أي سائل (ماء أو كحول). شروط القياس هي كما يلي: يُولَّد إشعاع الأشعة السينية Cu Kα عند جهد أنبوب 40 كيلو فولت وتيار أنبوبي 40 مللي أمبير، ويبلغ طول الشق الحدي 10 مم، وزاوية التباعد (1/6) درجة، وسرعة الدوران في المستوى 20 دورة في الدقيقة، ونطاق 2θ (زاوية براغ مزدوجة) يتراوح بين 3 و100 درجة، ويستغرق التحليل حوالي 28 ساعة. استُخدمت بصريات Bragg Brentano. الكاشف هو كاشف أشباه موصلات سيليكون أحادي البعد (D/teX Ultra 250). أُزيلت الأشعة السينية لـ Cu Kβ باستخدام مرشح Ni. باستخدام العينات المتاحة، قورنت قياسات صابونيت المغنيسيا الاصطناعي (JCSS-3501، شركة كونيمين للصناعات المحدودة)، والسربنتين (سربنتين الأوراق، ميازو، نيكا)، والبيروتيت (أحادي الميل 4C، تشيهوا، مكسيكو واتس) لتحديد القمم، واستخدمت بيانات حيود ملفات المسحوق من المركز الدولي لبيانات الحيود، والدولوميت (PDF 01-071-1662) والمغنيتيت (PDF 00-019-0629). كما قورنت بيانات حيود ريوغو ببيانات الكوندريتات الكربونية المعدلة بالماء، وOrgueil CI، وY-791198 CM2.4، وY 980115 CY (مرحلة التسخين الثالثة، 500-750 درجة مئوية). أظهرت المقارنة أوجه تشابه مع Orgueil، ولكن ليس مع Y-791198 وY 980115.
تم قياس أطياف NEXAFS مع حافة كربون K لمقاطع رقيقة للغاية من عينات مصنوعة من FIB باستخدام قناة STXM BL4U في منشأة السنكروترون UVSOR في معهد العلوم الجزيئية (أوكازاكي، اليابان). يبلغ حجم بقعة الشعاع المُركز بصريًا باستخدام صفيحة منطقة فرينل حوالي 50 نانومتر. تبلغ خطوة الطاقة 0.1 إلكترون فولت للبنية الدقيقة لمنطقة الحافة القريبة (283.6-292.0 إلكترون فولت) و0.5 إلكترون فولت (280.0-283.5 إلكترون فولت و292.5-300.0 إلكترون فولت) للمناطق الأمامية والخلفية. تم ضبط وقت كل بكسل صورة على 2 مللي ثانية. بعد الإخلاء، تم ملء غرفة التحليل STXM بالهيليوم تحت ضغط حوالي 20 ملي بار. يساعد هذا على تقليل الانجراف الحراري لمعدات بصريات الأشعة السينية في الغرفة وحامل العينة، بالإضافة إلى تقليل تلف العينة و/أو تأكسدها. تم توليد أطياف الكربون ذات الحافة K من NEXAFS من بيانات مُركّبة باستخدام برنامج aXis2000 وبرنامج معالجة البيانات STXM الخاص. يُرجى العلم بأنه تم استخدام علبة نقل العينة وصندوق القفازات لتجنب أكسدة العينة وتلوثها.
بعد تحليل STXM-NEXAFS، تم تحليل التركيب النظيري للهيدروجين والكربون والنيتروجين في شرائح Ryugu FIB باستخدام التصوير النظيري باستخدام جهاز JAMSTEC NanoSIMS 50L. تم مسح شعاع Cs+ الأساسي المُركز، بقوة 2 بيكو أمبير تقريبًا لتحليل نظائر الكربون والنيتروجين، و13 بيكو أمبير تقريبًا لتحليل نظائر الهيدروجين، على مساحة تتراوح بين 24 × 24 ميكرومتر مربع و30 × 30 ميكرومتر مربع تقريبًا من العينة. بعد رش مسبق لمدة 3 دقائق بتيار شعاع أساسي قوي نسبيًا، بدأ كل تحليل بعد تثبيت شدة الشعاع الثانوي. لتحليل نظائر الكربون والنيتروجين، تم الحصول على صور للكربون-12، والكربون-13، والأكسجين-16، والنيتروجين-12، والنيتروجين-12 في وقت واحد باستخدام كشف مضاعفات إلكترونات سبعة بدقة كتلة تبلغ حوالي 9000، وهي كافية لفصل جميع المركبات النظيرية ذات الصلة. تداخل (أي تداخل 12C1H على الكربون-13 وتداخل 13C14N على 12C15N). لتحليل نظائر الهيدروجين، تم الحصول على صور 1H، و2D، و12C- بدقة كتلة تبلغ حوالي 3000 مع كشف متعدد باستخدام ثلاثة مضاعفات إلكترونية. يتكون كل تحليل من 30 صورة ممسوحة ضوئيًا لنفس المنطقة، حيث تتكون إحدى الصور من 256 × 256 بكسل لتحليل نظائر الكربون والنيتروجين و128 × 128 بكسل لتحليل نظائر الهيدروجين. زمن التأخير هو 3000 ميكروثانية لكل بكسل لتحليل نظائر الكربون والنيتروجين، و5000 ميكروثانية لكل بكسل لتحليل نظائر الهيدروجين. وقد استخدمنا هيدرات 1-هيدروكسي بنزوتريازول كمعايير لنظائر الهيدروجين والكربون والنيتروجين لمعايرة تجزئة الكتلة الآلية45.
لتحديد التركيب النظيري للسيليكون في الجرافيت قبل الشمسي في ملف FIB C0068-25، استخدمنا ستة مضاعفات إلكترونية بدقة كتلة تبلغ حوالي 9000. تتكون الصور من 256 × 256 بكسل، مع زمن تأخير قدره 3000 ميكروثانية لكل بكسل. قمنا بمعايرة جهاز تجزئة الكتلة باستخدام رقائق السيليكون كمعايير لنظائر الهيدروجين والكربون والسيليكون.
عولجت صور النظائر باستخدام برنامج التصوير NanoSIMS45 التابع لناسا. وُضعت البيانات لتصحيح زمن موت مضاعف الإلكترونات (44 نانوثانية) وتأثيرات الوصول شبه المتزامن. اختلفت محاذاة المسح الضوئي لكل صورة لتصحيح انحراف الصورة أثناء التقاطها. وتُنشأ صورة النظير النهائية بإضافة أيونات ثانوية من كل صورة لكل بكسل مسح.
بعد تحليل STXM-NEXAFS وNanoSIMS، فُحصت مقاطع FIB نفسها باستخدام مجهر إلكتروني ناقل (JEOL JEM-ARM200F) بجهد تسريع 200 كيلو فولت في كوتشي، JAMSTEC. رُصدت البنية الدقيقة باستخدام مجهر إلكتروني نافذ ذي مجال ساطع ومجهر إلكتروني ماسح بزاوية عالية في مجال مظلم. حُددت الأطوار المعدنية بواسطة حيود الإلكترونات النقطية وتصوير النطاق الشبكي، وأُجري التحليل الكيميائي بواسطة EDS باستخدام كاشف انجراف السيليكون 100 مم² وبرنامج JEOL Analysis Station 4.30. للتحليل الكمي، قُيست شدة الأشعة السينية المميزة لكل عنصر في وضع مسح المجهر الإلكتروني النافذ مع زمن اكتساب بيانات ثابت قدره 30 ثانية، ومنطقة مسح شعاعي تبلغ حوالي 100 × 100 نانومتر²، وتيار شعاعي قدره 50 بيكو أمبير. تم تحديد نسبة (Si + Al)-Mg-Fe في السيليكات الطبقية باستخدام معامل تجريبي k، مصحح للسمك، تم الحصول عليه من معيار من العقيق الطبيعي.
جميع الصور والتحليلات المستخدمة في هذه الدراسة متاحة على نظام أرشفة البيانات والاتصالات التابع لوكالة استكشاف الفضاء اليابانية (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. توفر هذه المقالة البيانات الأصلية.
كيتاري، ك. وآخرون. تركيب سطح الكويكب 162173 ريوغو كما رصده جهاز هايابوسا 2 NIRS3. مجلة العلوم 364، 272-275.
كيم، أيه جيه. كوندريتات كربونية من نوع ياماتو (CY): نظائر لسطح كويكب ريوغو؟ جيوكيمياء 79، 125531 (2019).
بيلورجيت، س. وآخرون. أُجري أول تحليل تركيبي لعينات ريوغو باستخدام مجهر ميكروأوميغا فائق الطيف. مجلة الفلك الوطني، 6، ص 221-225 (2021).
يادا، ت. وآخرون. تحليل أولي لعينة هيابوسا 2 المُسترجعة من كويكب ريوغو من النوع C. مجلة الفلك الوطني، 6، ص 214-220 (2021).