Дзякуй за наведванне сайта Nature.com. Версія браўзера, якой вы карыстаецеся, мае абмежаваную падтрымку CSS. Для найлепшага карыстання рэкамендуем выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer). Тым часам, каб забяспечыць бесперапынную падтрымку, мы будзем адлюстроўваць сайт без стыляў і JavaScript.
Лятучыя і багатыя арганічнымі рэчывамі, астэроіды тыпу C могуць быць адной з асноўных крыніц вады на Зямлі. У цяперашні час вугляродзмяшчальныя хондрыты даюць найлепшае ўяўленне пра іх хімічны склад, але інфармацыя пра метэарыты скажоная: толькі самыя трывалыя тыпы выжываюць, трапляючы ў атмасферу і затым узаемадзейнічаючы з зямным асяроддзем. Тут мы прадстаўляем вынікі падрабязнага аб'ёмнага і мікрааналітычнага даследавання першаснай часціцы Рюгу, дастаўленай на Зямлю касмічным апаратам «Хаябуса-2». Часціцы Рюгу паказваюць блізкую адпаведнасць па складзе хімічна нефракцыянаваным, але змененым вадой хондрытам CI (тыпу Івуна), якія шырока выкарыстоўваюцца ў якасці індыкатара агульнага складу Сонечнай сістэмы. Гэты ўзор дэманструе складаныя прасторавыя адносіны паміж багатымі аліфатычнымі арганічнымі рэчывамі і слаістымі сілікатамі і паказвае на максімальную тэмпературу каля 30 °C падчас воднай эрозіі. Мы выявілі багацце дэйтэрыя і дыязонію, што адпавядае пазасонечнаму паходжанню. Часціцы Рюгу з'яўляюцца самым незабруджаным і непадзельным іншапланетным матэрыялам з калі-небудзь вывучаных і найлепшым чынам адпавядаюць агульнаму складу Сонечнай сістэмы.
З чэрвеня 2018 года па лістапад 2019 года касмічны апарат «Хаябуса-2» Японскага агенцтва аэракасмічных даследаванняў (JAXA) правёў шырокамаштабнае дыстанцыйнае даследаванне астэроіда Рюгу. Дадзеныя блізкага інфрачырвонага спектрометра (NIRS3) на астэроідзе «Хаябуса-2» сведчаць аб тым, што Рюгу можа складацца з матэрыялу, падобнага на тэрмічна і/або ўдарна-метамарфічныя вугляродныя хондрыты. Найбольш блізкім адпавядае хондрыт CY (тып Ямата) 2. Нізкае альбеда Рюгу можна растлумачыць наяўнасцю вялікай колькасці кампанентаў, багатых вугляродам, а таксама памерам часціц, парыстасцю і прасторавымі эфектамі выветрывання. Касмічны апарат «Хаябуса-2» здзейсніў дзве пасадкі і збор узораў на астэроідзе Рюга. Падчас першай пасадкі 21 лютага 2019 года быў атрыманы павярхоўны матэрыял, які захоўваўся ў адсеку А зваротнай капсулы, а падчас другой пасадкі 11 ліпеня 2019 года матэрыял быў сабраны каля штучнага кратэра, утворанага невялікім партатыўным ударнікам. Гэтыя ўзоры захоўваюцца ў аддзяленні C. Пачатковая неразбуральная характарыстыка часціц на этапе 1 у спецыяльных, незабруджаных і запоўненых чыстым азотам камерах на аб'ектах пад кіраваннем JAXA паказала, што часціцы Рюгу найбольш падобныя на хондрыты CI4 і дэманстравалі «розныя ўзроўні варыяцый»3. Здавалася б, супярэчлівая класіфікацыя Рюгу, падобная да хондрытаў CY або CI, можа быць вырашана толькі шляхам падрабязнай ізатопнай, элементарнай і мінералагічнай характарыстыкі часціц Рюгу. Вынікі, прадстаўленыя тут, забяспечваюць трывалую аснову для вызначэння таго, якое з гэтых двух папярэдніх тлумачэнняў агульнага складу астэроіда Рюгу з'яўляецца найбольш верагодным.
Восем гранул астэроіда Рюгу (агульнай вагой прыблізна 60 мг), чатыры з камеры А і чатыры з камеры С, былі прызначаныя на другую фазу для кіравання камандай Коці. Галоўная мэта даследавання — высветліць прыроду, паходжанне і эвалюцыйную гісторыю астэроіда Рюгу, а таксама задакументаваць падабенствы і адрозненні з іншымі вядомымі пазаземнымі ўзорамі, такімі як хондрыты, міжпланетныя пылавыя часціцы (МПЧ) і вяртаючыяся каметы. Узоры сабраны місіяй НАСА «Зорны пыл».
Падрабязны мінералагічны аналіз пяці зерняў Рюгу (A0029, A0037, C0009, C0014 і C0068) паказаў, што яны ў асноўным складаюцца з дробна- і буйназерністых філасілікатаў (~64–88 аб.%; мал. 1a, b, дадатковы мал. 1). Буйназерністыя філасілікаты сустракаюцца ў выглядзе перыстых агрэгатаў (памерам да дзясяткаў мікронаў) у дробназярністых, багатых філасілікатамі матрыцах (памерам менш за некалькі мікронаў). Слаістыя сілікатныя часціцы з'яўляюцца сімбіёнтамі серпенціну і сапаніту (мал. 1c). Карта (Si + Al)-Mg-Fe таксама паказвае, што аб'ёмная слаістая сілікатная матрыца мае прамежкавы склад паміж серпенцінам і сапанітам (мал. 2a, b). Філасілікатная матрыца ўтрымлівае карбанатныя мінералы (~2–21 аб.%), сульфідныя мінералы (~2,4–5,5 аб.%) і магнетыт (~3,6–6,8 аб.%). Адна з часціц, даследаваных у гэтым даследаванні (C0009), утрымлівала невялікую колькасць (~0,5 аб.%) бязводных сілікатаў (алівін і піраксен), што можа дапамагчы ідэнтыфікаваць зыходны матэрыял, з якога быў складзены неапрацаваны камень Рюгу5. Гэты бязводны сілікат рэдка сустракаецца ў гранулах Рюгу і быў станоўча ідэнтыфікаваны толькі ў гранулах C0009. Карбанаты прысутнічаюць у матрыцы ў выглядзе фрагментаў (менш за некалькі сотняў мікронаў), пераважна даламіту, з невялікай колькасцю карбанату кальцыю і брынелу. Магнетыт сустракаецца ў выглядзе асобных часціц, фрамбоідаў, бляшак або сферычных агрэгатаў. Сульфіды ў асноўным прадстаўлены піратытам у выглядзе няправільных шасцігранных прызм/пласцін або планак. Матрыца ўтрымлівае вялікую колькасць субмікроннага пентландыту або ў спалучэнні з піратытам. Фазы, багатыя вугляродам (памерам <10 мкм), паўсюдна сустракаюцца ў матрыцы, багатай філасілікатамі. Фазы, багатыя вугляродам (памерам <10 мкм), паўсюдна сустракаюцца ў матрыцы, багатай філасілікатамі. Богатыя углеродам фазы (размерам <10 мкм) сустракаюцца паўсюдна ў багатай филлосиликатами матрице. Фазы, багатыя вугляродам (памерам <10 мкм), паўсюдна сустракаюцца ў матрыцы, багатай філасілікатамі.富含碳的相（尺寸<10 мкм）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。富含碳的相（尺寸<10 мкм）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。 Багатыя углеродам фазы (размерам <10 мкм) пераважаюць у багатай филлосиликатами матрыцы. У матрыцы, багатай на філасілікаты, пераважаюць фазы, багатыя вугляродам (памерам <10 мкм).Іншыя дапаможныя мінералы паказаны ў Дадатковай табліцы 1. Спіс мінералаў, вызначаных па рэнтгенаўскай дыфрактограме сумесі C0087 і A0029 і A0037, вельмі адпавядае спісу, вызначанаму ў хондрытах CI (Orgueil), але значна адрозніваецца ад хондрытаў CY і CM (тып Mighei) (Малюнак 1 з пашыранымі дадзенымі і Дадатковы малюнак 2). Агульны ўтрыманне элементаў у зернях Ryugu (A0098, C0068) таксама адпавядае хондрыту 6 CI (пашыраныя дадзеныя, Малюнак 2 і Дадатковая табліца 2). Наадварот, хондрыты CM збядненыя ўмерана- і высокалятучымі элементамі, асабліва Mn і Zn, і больш тугаплаўкімі элементамі7. Канцэнтрацыі некаторых элементаў моцна адрозніваюцца, што можа адлюстроўваць уласцівую неаднароднасць узору з-за малога памеру асобных часціц і выніковага зрушэння выбаркі. Усе петралагічныя, мінералагічныя і элементныя характарыстыкі паказваюць, што зярняты Рюгу вельмі падобныя на хондрыты CI8,9,10. Характэрным выключэннем з'яўляецца адсутнасць ферыгідрыту і сульфату ў зярнятах Рюгу, што сведчыць аб тым, што гэтыя мінералы ў хондрытах CI ўтварыліся ў выніку наземнага выветрывання.
а, кампазітны рэнтгенаўскі здымак сухога паліраванага шліфа C0068 з MgKα (чырвоны), CaKα (зялёны), FeKα (сіні) і SKα (жоўты). Фракцыя складаецца з слаістых сілікатаў (чырвоны: ~88 аб'ёмных %), карбанатаў (даламіт; светла-зялёны: ~1,6 аб'ёмных %), магнетыту (сіні: ~5,3 аб'ёмных %) і сульфідаў (жоўты: сульфід = ~2,5 аб'ёмных %), эсэ. б, выява контурнай вобласці ў зваротна рассеяных электронах на а. Bru – няспелы; Dole – даламіт; FeS – сульфід жалеза; Mag – магнетыт; juice – мыльны камень; Srp – змяіны камень. в, выява тыповага зрастання сапаніту і змяіны з высокім разрозненнем, атрыманая з дапамогай прасвечвальнай электроннай мікраскапіі (ПЭМ), якая паказвае палосы рашоткі змяіны і сапаніту памерам 0,7 нм і 1,1 нм адпаведна.
Склад матрыцы і слаістых сілікатных часціц (ат. %) Ryugu A0037 (суцэльныя чырвоныя кругі) і C0068 (суцэльныя сінія кругі) паказаны ў трайной сістэме (Si+Al)-Mg-Fe. а, вынікі электронна-зондавага мікрааналізу (EPMA), нанесеныя на графік у параўнанні з хондрытамі CI (Ivuna, Orgueil, Alais)16, паказанымі шэрым колерам для параўнання. б, аналіз сканіруючай прасвечвальнай электроннай мікраскапіі (STEM) і энергетычна-дысперсійнай рэнтгенаўскай спектраскапіі (EDS) паказаны для параўнання з метэарытамі Orgueil9 і Murchison46 і гідратаваным IDP47. Былі прааналізаваны дробназярністыя і буйназярністыя філасілікаты, пазбягаючы дробных часціц сульфіду жалеза. Пункцірныя лініі на а і б паказваюць лініі растварэння сапаніту і серпенціну. Багаты на жалеза склад на а можа быць абумоўлены субмікроннымі зернямі сульфіду жалеза ўнутры слаістых зерняў сілікатных, што нельга выключыць з-за прасторавага разрознення EPMA-аналізу. Кропкі дадзеных з больш высокім утрыманнем Si, чым у сапаніце ў b, могуць быць выкліканы наяўнасцю нанапамернага аморфнага матэрыялу, багатага крэмніем, у прамежках філасілікатнага пласта. Колькасць аналізаў: N=69 для A0037, N=68 для EPMA, N=68 для C0068, N=19 для A0037 і N=27 для C0068 для STEM-EDS. c, ізатопная карта трыаксільных часціц Ryugu C0014-4 у параўнанні са значэннямі хондрытаў CI (Orgueil), CY (Y-82162) і літаратурнымі дадзенымі (CM і C2-ung)41,48,49. Мы атрымалі дадзеныя для метэарытаў Orgueil і Y-82162. CCAM - гэта лінія бязводных вугляродзістых мінералаў хондрытаў, TFL - гэта лінія падзелу сушы. d, карты Δ17O і δ18O часціц Ryugu C0014-4, хондрыту CI (Orgueil) і хондрыту CY (Y-82162) (гэта даследаванне). Δ17O_Ryugu: значэнне Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: сярэдняе значэнне Δ17O для Orgueil. Δ17O_Y-82162: сярэдняе значэнне Δ17O для Y-82162. Для параўнання таксама паказаны дадзеныя CI і CY з літаратуры 41, 48, 49.
Масавы ізатопны аналіз кіслароду быў праведзены на ўзоры матэрыялу масай 1,83 мг, экстрагаванага з грануляванага C0014 метадам лазернага фтарыравання (Метады). Для параўнання мы прааналізавалі сем копій Orgueil (CI) (агульная маса = 8,96 мг) і сем копій Y-82162 (CY) (агульная маса = 5,11 мг) (Дадатковая табліца 3).
На мал. 2d паказана выразнае падзеленне Δ17O і δ18O паміж сярэднемаставымі часціцамі Оргейля і Рюгу ў параўнанні з Y-82162. Δ17O часціцы Рюгу C0014-4 вышэйшы, чым у часціцы Оргейля, нягледзячы на ​​перакрыццё ў 2 стандартных адхіленняў. Часціцы Рюгу маюць больш высокія значэнні Δ17O ў параўнанні з Оргейлем, што можа адлюстроўваць забруджванне зямлі апошнім з моманту яго падзення ў 1864 годзе. Выветрыванне ў наземным асяроддзі11 абавязкова прыводзіць да ўключэння атмасфернага кіслароду, што набліжае агульны аналіз да лініі наземнага фракцыянавання (TFL). Гэтая выснова адпавядае мінералагічным дадзеным (абмеркаваным раней), што зярняты Рюгу не ўтрымліваюць гідратаў або сульфатаў, у той час як Оргейль іх утрымлівае.
Зыходзячы з вышэйзгаданых мінералагічных дадзеных, гэтыя вынікі пацвярджаюць сувязь паміж зернямі Рюгу і хондрытамі CI, але выключаюць сувязь з хондрытамі CY. Той факт, што зерні Рюгу не звязаны з хондрытамі CY, якія паказваюць відавочныя прыкметы мінералогіі дэгідратаціі, выклікае здзіўленне. Арбітальныя назіранні за Рюгу, відаць, паказваюць, што ён зведаў дэгідратацію і таму, верагодна, складаецца з матэрыялу CY. Прычыны гэтага відавочнага адрознення застаюцца незразумелымі. Аналіз ізатопаў кіслароду іншых часціц Рюгу прадстаўлены ў суправаджальнай працы 12. Аднак вынікі гэтага пашыранага набору дадзеных таксама адпавядаюць сувязі паміж часціцамі Рюгу і хондрытамі CI.
Выкарыстоўваючы метады каардынаванага мікрааналізу (дадатковы мал. 3), мы даследавалі прасторавае размеркаванне арганічнага вугляроду па ўсёй паверхні фракцыі сфакусаванага іённага пучка (FIB) C0068.25 (мал. 3a–f). Спектры рэнтгенаўскага паглынання тонкай структуры вугляроду (NEXAFS) на блізкім краі ў сячэнні C0068.25 паказваюць некалькі функцыянальных груп – араматычныя або C=C (285,2 эВ), C=O (286,5 эВ), CH(287,5 эВ) і C(=O)O (288,8 эВ) – структура графена адсутнічае пры 291,7 эВ (мал. 3a), што азначае нізкую ступень тэрмічнай варыяцыі. Моцны пік CH(287,5 эВ) частковых арганічных рэчываў C0068.25 адрозніваецца ад нерастваральных арганічных рэчываў раней вывучаных вугляродных хондрытаў і больш падобны на IDP14 і каметныя часціцы, атрыманыя місіяй Stardust. Моцны пік CH пры 287,5 эВ і вельмі слабы араматычны або C=C пік пры 285,2 эВ паказваюць, што арганічныя злучэнні багатыя аліфатычнымі злучэннямі (мал. 3a і дадатковы мал. 3a). Зоны, багатыя аліфатычнымі арганічнымі злучэннямі, лакалізаваны ў буйназярністых філасілікатах, а таксама ў зонах з беднай араматычнай (або C=C) структурай вугляроду (мал. 3c,d). Наадварот, A0037,22 (дадатковы мал. 3) часткова паказаў больш нізкае ўтрыманне аліфатычных вугляродных абласцей. Мінералогія, якая ляжыць пад гэтымі зернямі, багатая карбанатамі, падобна хондрыту CI 16, што сведчыць аб значных зменах зыходнай вады (дадатковая табліца 1). Акісляльныя ўмовы будуць спрыяць больш высокім канцэнтрацыям карбанільных і карбаксільных функцыянальных груп у арганічных злучэннях, звязаных з карбанатамі. Субмікроннае размеркаванне арганічных рэчываў з аліфатычнымі структурамі вугляроду можа вельмі адрознівацца ад размеркавання буйназярністых слаістых сілікатаў. У метэарыце Тагіш-Лэйк былі знойдзены прыкметы аліфатычных арганічных злучэнняў, звязаных з філасілікатам-ОН. Узгодненыя мікрааналітычныя дадзеныя сведчаць аб тым, што арганічнае рэчыва, багатае аліфатычнымі злучэннямі, можа быць шырока распаўсюджана ў астэроідах тыпу С і цесна звязана з філасілікатамі. Гэтая выснова адпавядае папярэднім паведамленням аб аліфатычных/араматычных вугляродных злучэннях у часціцах Рюгу, прадэманстраваных MicroOmega, гіперспектральным мікраскопам блізкага інфрачырвонага дыяпазону. Важным і нявырашаным пытаннем з'яўляецца тое, ці існуюць унікальныя ўласцівасці аліфатычных багатых вугляродам арганічных злучэнняў, звязаных з буйназярністымі філасілікатамі, якія назіраліся ў гэтым даследаванні, толькі на астэроідзе Рюгу.
a, вугляродныя спектры NEXAFS, нармалізаваныя да 292 эВ у багатай араматычнымі (C=C) вобласці (чырвоны колер), у багатай аліфатычнымі (зялёны колер) і ў матрыцы (сіні колер). Шэрая лінія — гэта спектр нерастваральных арганічных рэчываў Мерчысана 13 для параўнання. au, арбітражная адзінка. b, спектральны малюнак K-краю вугляроду, атрыманы з дапамогай сканіруючай прасвечвальнай рэнтгенаўскай мікраскапіі (STXM), які паказвае, што ў разрэзе пераважае вуглярод. c, кампазітны графік RGB з багатымі араматычнымі (C=C) абласцямі (чырвоны колер), багатымі аліфатычнымі (зялёны колер) і матрыцай (сіні колер). d, арганічныя рэчывы, багатыя аліфатычнымі злучэннямі, сканцэнтраваны ў буйназярністым філасілікаце, плошча павялічана з белых пункцірных квадратаў у b і c. e, вялікія нанасферы (нг-1) у вобласці, павялічанай з белага пункцірнага квадрата ў b і c. Для: піротыну. Pn: нікель-храміт. f, Нанамаштабная другасная іённая мас-спектрометрыя (NanoSIMS), элементарныя выявы вадароду (1H), вугляроду (12C) і азоту (12C14N), выявы суадносін элементаў 12C/1H і перакрыжаваныя ізатопныя выявы δD, δ13C і δ15N – раздзел PG-1: перадсонечны графіт з экстрэмальным узбагачэннем 13C (дадатковая табліца 4).
Кінетычныя даследаванні дэградацыі арганічнага рэчыва ў метэарытах Мерчысана могуць даць важную інфармацыю аб неаднародным размеркаванні аліфатычнага арганічнага рэчыва, багатага на зерні Рюгу. Гэта даследаванне паказвае, што аліфатычныя сувязі CH у арганічным рэчыве захоўваюцца да максімальнай тэмпературы каля 30°C у бацькоўскай пародзе і/або змяняюцца ў залежнасці ад тэмпературы (напрыклад, 200 гадоў пры 100°C і 0°C 100 мільёнаў гадоў). Калі папярэднік не награваецца пры зададзенай тэмпературы больш за пэўны час, першапачатковае размеркаванне аліфатычных арганічных рэчываў, багатых філасілікатам, можа захавацца. Аднак змены ўзроўню вады ў зыходнай пародзе могуць ускладніць гэтую інтэрпрэтацыю, паколькі багаты карбанатамі A0037 не мае багатых вугляродам аліфатычных абласцей, звязаных з філасілікатамі. Гэта нізкае змяненне тэмпературы прыблізна адпавядае наяўнасці кубічнага палявога шпата ў зернях Рюгу (Дадатковая табліца 1) 20.
Фракцыя C0068.25 (нг-1; мал. 3a–c,e) утрымлівае вялікую нанасферу з высокаараматычным (або C=C), умерана аліфатычным і слабым спектрам C(=O)O і C=O. Характеристика аліфатычнага вугляроду не адпавядае характарыстыкам нерастваральных арганічных рэчываў у аб'ёме і арганічных нанасфер, звязаных з хондрытамі (мал. 3a) 17,21. Раманаўскі і інфрачырвоны спектраскапічны аналіз нанасфер у возеры Тагіш паказаў, што яны складаюцца з аліфатычных і акісленых арганічных злучэнняў і неўпарадкаваных поліцыклічных араматычных арганічных злучэнняў са складанай структурай 22,23. Паколькі навакольная матрыца ўтрымлівае арганічныя рэчывы, багатыя аліфатычнымі злучэннямі, характарыстыка аліфатычнага вугляроду ў нг-1 можа быць аналітычным артэфактам. Цікава, што нг-1 утрымлівае ўбудаваныя аморфныя сілікаты (мал. 3e), тэкстура, якая яшчэ не была выяўлена ні для якіх пазаземных арганічных рэчываў. Аморфныя сілікаты могуць быць натуральнымі кампанентамі ng-1 або ўтварацца ў выніку амарфізацыі водных/бязводных сілікатаў іённым і/або электронным пучком падчас аналізу.
Іонныя выявы NanoSIMS разрэзу C0068.25 (мал. 3f) паказваюць раўнамерныя змены δ13C і δ15N, за выключэннем перадсонечных зерняў з вялікім узбагачэннем 13C 30 811 ‰ (PG-1 на выяве δ13C на мал. 3f) (Дадатковая табліца 4). Рэнтгенаўскія выявы элементарных зерняў і выявы TEM з высокім разрозненнем паказваюць толькі канцэнтрацыю вугляроду і адлегласць паміж базальнымі плоскасцямі 0,3 нм, што адпавядае графіту. Варта адзначыць, што значэнні δD (841 ± 394 ‰) і δ15N (169 ± 95 ‰), узбагачаныя аліфатычным арганічным рэчывам, звязаным з буйназярністымі філасілікатамі, аказваюцца крыху вышэйшымі за сярэднія для ўсёй вобласці C (δD = 528 ± 139 ‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) у C0068.25 (Дадатковая табліца 4). Гэта назіранне сведчыць аб тым, што багатыя аліфатычнымі злучэннямі арганічныя рэчывы ў буйназярністым філасілікатах могуць быць больш прымітыўнымі, чым навакольныя арганічныя рэчывы, паколькі апошнія маглі зведаць ізатопны абмен з навакольнай вадой у першапачатковым целе. Акрамя таго, гэтыя ізатопныя змены таксама могуць быць звязаны з першапачатковым працэсам утварэння. Інтэрпрэтуецца, што дробназярністыя слаістыя сілікаты ў хондрытах CI ўтварыліся ў выніку бесперапыннага змянення першапачатковых буйназярністым бязводных сілікатных кластараў. Арганічныя рэчывы, багатыя аліфатычнымі злучэннямі, маглі ўтварыцца з малекул-папярэднікаў у протапланетным дыску або міжзоркавым асяроддзі да ўтварэння Сонечнай сістэмы, а затым былі нязначна зменены падчас змен вады ў бацькоўскім целе Рюгу (вялікім). Памер (<1,0 км) Ругу занадта малы, каб падтрымліваць унутранае цяпло для водных змен з утварэннем водных мінералаў25. Памер (<1,0 км) Ругу занадта малы, каб падтрымліваць дастатковую колькасць унутранага цяпла для змены вады з утварэннем водных мінералаў25. Памер (<1,0 км) Рюгу занадта малы, каб падтрымліваць дастаткова ўнутранае цяпло для воднага змянення з адукацыяй водных мінералаў25. Памер (<1,0 км) Рюгу занадта малы, каб падтрымліваць дастатковую ўнутраную цеплыню для абмену вады з мэтай утварэння водных мінералаў25. 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含水矿物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含水矿物25. Памер Рюгу (<1,0 км) занадта малы, каб падтрымліваць унутранае цяпло для змены вады з утварэннем водных мінералаў25. Памер Рюгу (<1,0 км) занадта малы, каб падтрымліваць унутранае цяпло, неабходнае для пераўтварэння вады ў водныя мінералы25.Такім чынам, могуць спатрэбіцца папярэднікі Рюгу памерам у дзясяткі кіламетраў. Арганічнае рэчыва, багатае аліфатычнымі злучэннямі, можа захоўваць свае першапачатковыя ізатопныя суадносіны з-за асацыяцыі з буйназярністымі філасілікатамі. Аднак дакладная прырода ізатопных цяжкіх носьбітаў застаецца нявызначанай з-за складанага і далікатнага змешвання розных кампанентаў у гэтых фракцыях FIB. Гэта могуць быць арганічныя рэчывы, багатыя аліфатычнымі злучэннямі ў гранулах Рюгу, або буйныя філасілікаты, якія іх атачаюць. Звярніце ўвагу, што арганічнае рэчыва амаль ва ўсіх вугляродных хондрытах (у тым ліку хондрытах CI) як правіла, багацейшае на D, чым у філасілікатах, за выключэннем метэарытаў CM Paris 24, 26.
Графікі аб'ёму δD і δ15N зрэзаў FIB, атрыманых для зрэзаў A0002.23 і A0002.26, A0037.22 і A0037.23 і C0068.23, C0068.25 і C0068.26 (усяго сем зрэзаў FIB ад трох часціц Рюгу). Параўнанне NanoSIMS з іншымі аб'ектамі Сонечнай сістэмы паказана на мал. 4 (Дадатковая табліца 4)27,28. Змены аб'ёму δD і δ15N у профілях A0002, A0037 і C0068 адпавядаюць такім жа ў IDP, але вышэйшыя, чым у хондрытах CM і CI (мал. 4). Звярніце ўвагу, што дыяпазон значэнняў δD для ўзору каметы 29 (ад -240 да 1655 ‰) большы, чым у Рюгу. Аб'ёмы δD і δ15N профіляў Рюкю, як правіла, меншыя за сярэднія для камет сямейства Юпітэра і воблака Оарта (мал. 4). Больш нізкія значэнні δD ​​хондрытаў CI могуць адлюстроўваць уплыў зямнога забруджвання ў гэтых узорах. Улічваючы падабенства паміж каметамі Белс, возерам Тагіш і IDP, вялікая неаднароднасць значэнняў δD і δN ​​у часціцах Рюгу можа адлюстроўваць змены ў пачатковых ізатопных сігнатурах арганічных і водных кампазіцый у ранняй Сонечнай сістэме. Падобныя ізатопныя змены δD і δN у часціцах Рюгу і IDP сведчаць аб тым, што абодва маглі ўтварыцца з матэрыялу з адной і той жа крыніцы. Лічыцца, што IDP паходзяць з каметных крыніц 14. Такім чынам, Рюгу можа ўтрымліваць каметны матэрыял і/або прынамсі знешняй часткі Сонечнай сістэмы. Аднак гэта можа быць складаней, чым мы тут сцвярджаем, з-за (1) сумесі сфералітнай і багатай на D вады на матчыным целе 31 і (2) суадносін D/H каметы як функцыі каметнай актыўнасці 32. Аднак прычыны назіранай неаднароднасці ізатопаў вадароду і азоту ў часціцах Рюгу да канца не зразумелыя, часткова з-за абмежаванай колькасці аналізаў, даступных сёння. Вынікі сістэм ізатопаў вадароду і азоту ўсё яшчэ павялічваюць верагоднасць таго, што Рюгу змяшчае большую частку матэрыялу з-за межаў Сонечнай сістэмы і, такім чынам, можа паказваць пэўнае падабенства з каметамі. Профіль Рюгу не паказаў бачнай карэляцыі паміж δ13C і δ15N (Дадатковая табліца 4).
Агульны ізатопны склад H і N часціц Рюгу (чырвоныя кругі: A0002, A0037; сінія кругі: C0068) карэлюе з сонечнай велічынёй 27, сямействам Юпітэра (JFC27), каметамі воблака Оарта (OCC27), IDP28 і вугляроднымі хондрамі. Параўнанне метэарыта 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Ізатопны склад прыведзены ў дадатковай табліцы 4. Пункцірныя лініі — гэта зямныя ізатопныя значэнні для H і N.
Перанос лятучых рэчываў (напрыклад, арганічных рэчываў і вады) на Зямлю застаецца праблемай26,27,33. Субмікронная арганічная рэчыва, звязаная з буйнымі філасілікатамі ў часціцах Рюгу, выяўленых у гэтым даследаванні, можа быць важнай крыніцай лятучых рэчываў. Арганічнае рэчыва ў буйназярністых філасілікатах лепш абаронена ад дэградацыі16,34 і распаду35, чым арганічнае рэчыва ў дробназярністых матрыцах. Больш цяжкі ізатопны склад вадароду ў часціцах азначае, што яны наўрад ці з'яўляюцца адзінай крыніцай лятучых рэчываў, якія патрапілі на раннюю Зямлю. Яны могуць змешвацца з кампанентамі з больш лёгкім ізатопным складам вадароду, як нядаўна было прапанавана ў гіпотэзе аб наяўнасці вады, якая рухаецца сонечным ветрам, у сілікатах.
У гэтым даследаванні мы паказваем, што метэарыты CI, нягледзячы на ​​іх геахімічную важнасць як прадстаўнікоў агульнага складу Сонечнай сістэмы,6,10 з'яўляюцца забруджанымі зямнымі ўзорамі. Мы таксама прадстаўляем прамыя доказы ўзаемадзеяння паміж багатым аліфатычным арганічным рэчывам і суседнімі воднымі мінераламі і мяркуем, што Рюгу можа ўтрымліваць пазалочаны матэрыял37. Вынікі гэтага даследавання выразна дэманструюць важнасць непасрэднага адбору проб протаастэроідаў і неабходнасць транспарціроўкі вернутых узораў у цалкам інертных і стэрыльных умовах. Прадстаўленыя тут доказы паказваюць, што часціцы Рюгу, несумненна, з'яўляюцца адным з самых незабруджаных матэрыялаў Сонечнай сістэмы, даступных для лабараторных даследаванняў, і далейшае вывучэнне гэтых каштоўных узораў, несумненна, пашырыць наша разуменне працэсаў ранняй Сонечнай сістэмы. Часціцы Рюгу з'яўляюцца найлепшым уяўленнем аб агульным складзе Сонечнай сістэмы.
Для вызначэння складанай мікраструктуры і хімічных уласцівасцей узораў субмікроннага маштабу мы выкарысталі сінхратронна-выпраменьвальную камп'ютэрную тамаграфію (SR-XCT) і рэнтгенаўскую дыфракцыю (XRD)-CT SR, аналіз FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM. Адсутнічае дэградацыя, забруджванне з-за зямной атмасферы і пашкоджанні ад дробных часціц або механічных узораў. Тым часам мы правялі сістэматычны аб'ёмны аналіз з выкарыстаннем сканіруючай электроннай мікраскапіі (SEM)-EDS, EPMA, XRD, інструментальнага нейтронна-актывацыйнага аналізу (INAA) і абсталявання для лазернага фтаравання ізатопаў кіслароду. Працэдуры аналізу паказаны на дадатковым малюнку 3, і кожны аналіз апісаны ў наступных раздзелах.
Часціцы астэроіда Рюгу былі сабраныя з модуля вяртання ў атмасферу Хаябуса-2 і дастаўлены ў Цэнтр кіравання JAXA ў Сагаміхары, Японія, без забруджвання атмасферы Зямлі4. Пасля першапачатковай і неразбуральнай характарыстыкі на аб'екце пад кіраваннем JAXA выкарыстоўвайце герметычныя кантэйнеры для міжпляцоўкі перадачы і пакеты для капсул узораў (сапфіравае шкло дыяметрам 10 або 15 мм і нержавеючая сталь, у залежнасці ад памеру ўзору), каб пазбегнуць умяшання ў навакольнае асяроддзе. Забруджвальнікі глебы і/або зямлі (напрыклад, вадзяная пара, вуглевадароды, атмасферныя газы і дробныя часціцы) і перакрыжаванага забруджвання паміж узорамі падчас падрыхтоўкі ўзораў і іх транспарціроўкі паміж інстытутамі і ўніверсітэтамі38. Каб пазбегнуць дэградацыі і забруджвання з-за ўзаемадзеяння з зямной атмасферай (вадзяная пара і кісларод), усе віды падрыхтоўкі ўзораў (у тым ліку скол танталавым зубілам, выкарыстанне збалансаванай алмазнай дроцяной пілы (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) і рэзка эпаксіднай смалы), падрыхтоўка да ўстаноўкі) праводзіліся ў пальчаткавай камеры пад чыстым сухім азотам (кропка расы: ад -80 да -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Усе прадметы, якія выкарыстоўваюцца тут, ачышчаюцца камбінацыяй звышчыстай вады і этанолу з выкарыстаннем ультрагукавых хваль рознай частаты.
Тут мы вывучаем калекцыю метэарытаў Нацыянальнага палярнага інстытута даследаванняў (NIPR) з Антарктычнага цэнтра даследаванняў метэарытаў (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 і CY: Y 980115).
Для перадачы паміж прыборамі для аналізу SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS і TEM мы выкарыстоўвалі універсальны ультратонкі трымальнік узораў, апісаны ў папярэдніх даследаваннях38.
SR-XCT-аналіз узораў Ryugu быў праведзены з выкарыстаннем інтэграванай КТ-сістэмы BL20XU/SPring-8. Інтэграваная КТ-сістэма складаецца з розных рэжымаў вымярэння: шырокае поле зроку і рэжым нізкага разрознення (WL) для захопу ўсёй структуры ўзору, вузкае поле зроку і рэжым высокага разрознення (NH) для дакладнага вымярэння плошчы ўзору, рэнтгенаграмы і рэнтгенаўскія здымкі для атрымання дыфракцыйнай карціны аб'ёму ўзору, а таксама выкананне XRD-CT для атрымання 2D-дыяграмы мінеральных фаз у гарызантальнай плоскасці ва ўзоры. Звярніце ўвагу, што ўсе вымярэнні можна выконваць без выкарыстання ўбудаванай сістэмы для зняцця трымальніка ўзору з асновы, што дазваляе праводзіць дакладныя КТ- і XRD-CT-вымярэнні. Рэнтгенаўскі дэтэктар у рэжыме бесправаднога злучэння (WL) (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) быў абсталяваны дадатковай КМОП-камерай (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) з дазволам 4608 × 4608 пікселяў са сцынтылятарам, які складаецца з монакрышталя лютэцыя-алюмініевага граната таўшчынёй 10 мкм (Lu3Al5O12:Ce) і рэлейнай лінзы. Памер пікселя ў рэжыме WL складае каля 0,848 мкм. Такім чынам, поле зроку (FOV) у рэжыме WL складае прыблізна 6 мм у рэжыме камп'ютэрнай тамаграфіі са зрушэннем. Рэнтгенаўскі дэтэктар у рэжыме NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) быў абсталяваны сцынтылятарам з гадаліній-алюміній-галіевага граната (Gd3Al2Ga3O12) таўшчынёй 20 мкм, CMOS-камерай (C11440-22CU) з дазволам 2048 × 2048 пікселяў; Hamamatsu Photonics) і лінзай ×20. Памер пікселя ў рэжыме NH складае ~0,25 мкм, а поле зроку — ~0,5 мм. Дэтэктар для рэжыму XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) быў абсталяваны сцынтылятарам, які складаўся з парашковага экрана P43 (Gd2O2S:Tb) таўшчынёй 50 мкм, CMOS-камеры з дазволам 2304 × 2304 пікселяў (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) і рэлейнай лінзы. Эфектыўны памер пікселя дэтэктара складае 19,05 мкм, а поле зроку — 43,9 мм2. Для павелічэння поля зроку мы ўжылі працэдуру камп'ютэрнай тамаграфіі са зрушэннем у рэжыме бесправаднога злучэння. Выява ў прапушчаным святле для рэканструкцыі на КТ складаецца з выявы ў дыяпазоне ад 180° да 360°, адлюстраванай гарызантальна вакол восі кручэння, і выявы ў дыяпазоне ад 0° да 180°.
У рэжыме XRD рэнтгенаўскі прамень факусуецца зонай Фрэнеля. У гэтым рэжыме дэтэктар размешчаны на адлегласці 110 мм за ўзорам, а фіксатар прамяня — на адлегласці 3 мм перад дэтэктарам. Дыфракцыйныя выявы ў дыяпазоне 2θ ад 1,43° да 18,00° (крок рашоткі d = 16,6–1,32 Å) былі атрыманы з рэнтгенаўскай плямай, сфакусаванай унізе поля зроку дэтэктара. Узор рухаецца вертыкальна праз рэгулярныя прамежкі часу, з паўабаротам для кожнага кроку вертыкальнага сканавання. Калі мінеральныя часціцы задавальняюць умову Брэга пры павароце на 180°, можна атрымаць дыфракцыю мінеральных часціц у гарызантальнай плоскасці. Затым дыфракцыйныя выявы былі аб'яднаны ў адну выяву для кожнага кроку вертыкальнага сканавання. Умовы аналізу SR-XRD-CT практычна такія ж, як і для аналізу SR-XRD. У рэжыме XRD-CT дэтэктар размешчаны на адлегласці 69 мм за ўзорам. Дыфракцыйныя выявы ў дыяпазоне 2θ маюць вуглы ад 1,2° да 17,68° (d = ад 19,73 да 1,35 Å), дзе і рэнтгенаўскі прамень, і абмежавальнік прамяня знаходзяцца на адной лініі з цэнтрам поля зроку дэтэктара. Сканіруйце ўзор гарызантальна і павярніце яго на 180°. Выявы SR-XRD-CT былі рэканструяваны з пікавымі інтэнсіўнасцямі мінералаў у якасці значэнняў пікселяў. Пры гарызантальным сканаванні ўзор звычайна скануецца з крокам 500–1000.
Для ўсіх эксперыментаў энергія рэнтгенаўскага выпраменьвання была фіксаваная на ўзроўні 30 кэВ, паколькі гэта ніжняя мяжа пранікнення рэнтгенаўскага выпраменьвання ў метэарыты дыяметрам каля 6 мм. Колькасць малюнкаў, атрыманых для ўсіх КТ-вымярэнняў падчас павароту на 180°, складала 1800 (3600 для праграмы КТ са зрушэннем), а час экспазіцыі для малюнкаў складаў 100 мс для рэжыму WL, 300 мс для рэжыму NH, 500 мс для XRD і 50 мс для XRD-CT. Тыповы час сканавання ўзору складае каля 10 хвілін у рэжыме WL, 15 хвілін у рэжыме NH, 3 гадзіны для XRD і 8 гадзін для SR-XRD-CT.
КТ-выявы былі рэканструяваны метадам згортачнай зваротнай праекцыі і нармалізаваны для лінейнага каэфіцыента аслаблення ад 0 да 80 см-1. Для аналізу трохмерных дадзеных выкарыстоўвалася праграмнае забеспячэнне Slice, а для аналізу рэнтгенаўскіх дыфракцыйных дадзеных — праграмнае забеспячэнне muXRD.
Часціцы Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 і C0068), зафіксаваныя эпаксіднай смалой, паступова паліраваліся на паверхні да ўзроўню алмазнай прыціральнай плёнкі таўшчынёй 0,5 мкм (3M) у сухіх умовах, пазбягаючы кантакту матэрыялу з паверхняй падчас працэсу паліроўкі. Паліраваная паверхня кожнага ўзору спачатку даследавалася з дапамогай светлавой мікраскапіі, а затым з дапамогай зваротна рассейваных электронаў для атрымання мінералагічных і тэкстурных малюнкаў (BSE) узораў і якасных NIPR-элементаў з выкарыстаннем сканіруючага мікраскапічнага мікраскопа JEOL JSM-7100F, абсталяванага энергетычным дысперсійным спектрометрам (AZtec). Для кожнага ўзору ўтрыманне асноўных і другарадных элементаў аналізавалася з дапамогай электронна-зондавага мікрааналізатара (EPMA, JEOL JXA-8200). Аналізавалі філасілікатныя і карбанатныя часціцы пры 5 нА, прыродныя і сінтэтычныя стандарты пры 15 кэВ, сульфіды, магнетыт, алівін і піраксен пры 30 нА. Мадальныя адзнакі былі разлічаны па картах элементаў і выявах BSE з выкарыстаннем праграмнага забеспячэння ImageJ 1.53 з адпаведнымі парогамі, адвольна ўстаноўленымі для кожнага мінерала.
Ізатопны аналіз кіслароду быў праведзены ў Адкрытым універсітэце (Мілтан-Кінс, Вялікабрытанія) з выкарыстаннем сістэмы інфрачырвонага лазернага фтаравання. Узоры Hayabusa2 былі дастаўлены ў Адкрыты ўніверсітэт 38 у кантэйнерах, напоўненых азотам, для перадачы паміж установамі.
Загрузка ўзораў праводзілася ў азотнай пальчаткавай камеры з кантраляваным узроўнем кіслароду ніжэй за 0,1%. Для аналітычных работ Hayabusa2 быў выраблены новы трымальнік для ўзору Ni, які складаецца толькі з двух адтулін для ўзору (дыяметр 2,5 мм, глыбіня 5 мм), адна для часціц Hayabusa2, а другая для ўнутранага стандарту абсідыяну. Падчас аналізу яма для ўзору, якая змяшчае матэрыял Hayabusa2, была пакрыта ўнутраным акном BaF2 таўшчынёй прыблізна 1 мм і дыяметрам 3 мм для ўтрымання ўзору падчас лазернай рэакцыі. Паток BrF5 да ўзору падтрымліваўся каналам змешвання газаў, выразаным у трымальніку для ўзору Ni. Камера для ўзору таксама была пераканфігуравана такім чынам, каб яе можна было зняць з вакуумнай лініі фтарыравання, а затым адкрыць у азотнай пальчаткавай камеры. Двухсекцыйная камера была герметычна запячатана медным кампрэсійным ушчыльняльнікам і ланцуговым заціскам EVAC Quick Release CeFIX 38. Акно BaF2 таўшчынёй 3 мм у верхняй частцы камеры дазваляе адначасова назіраць за ўзорам і лазерным награваннем. Пасля загрузкі ўзору зноў зацісніце камеру і падключыце яе да фтарыраванай лініі. Перад аналізам камеру для ўзораў награвалі ў вакууме прыкладна да 95°C на працягу ночы, каб выдаліць любую адсарбаваную вільгаць. Пасля награвання на працягу ночы камеру астуджалі да пакаёвай тэмпературы, а затым частку, якая знаходзілася пад уздзеяннем атмасферы падчас перадачы ўзору, прамывалі трыма аліквотамі BrF5 для выдалення вільгаці. Гэтыя працэдуры гарантуюць, што ўзор Hayabusa 2 не падвяргаецца ўздзеянню атмасферы і не забруджваецца вільгаццю з часткі фтарыраванай лініі, якая выводзіцца ў атмасферу падчас загрузкі ўзору.
Узоры часціц Ryugu C0014-4 і Orgueil (CI) аналізаваліся ў мадыфікаваным «адзінарным» рэжыме42, у той час як аналіз Y-82162 (CY) праводзіўся на адным латку з некалькімі лункамі для ўзораў41. З-за іх бязводнага складу няма неабходнасці выкарыстоўваць адзіны метад для хондрытаў CY. Узоры награваліся з дапамогай інфрачырвонага CO2-лазера Photon Machines Inc. магутнасцю 50 Вт (10,6 мкм), усталяванага на партале XYZ, у прысутнасці BrF5. Убудаваная відэасістэма кантралюе ход рэакцыі. Пасля фтарыравання вызвалены O2 ачышчаўся з дапамогай двух крыягенных азотных пастак і награвальнага слоя KBr для выдалення лішку фтору. Ізатопны склад ачышчанага кіслароду аналізаваўся на двухканальным мас-спектрометры Thermo Fisher MAT 253 з масавым разрозненнем каля 200.
У некаторых выпадках колькасць газападобнага O2, які вылучыўся падчас рэакцыі ўзору, складала менш за 140 мкг, што з'яўляецца прыблізнай мяжой выкарыстання сильфоннай прылады на мас-спектрометры MAT 253. У гэтых выпадках для аналізу выкарыстоўвайце мікрааб'ёмы. Пасля аналізу часціц Hayabusa2 унутраны стандарт абсідыяну быў фтарыраваны і вызначаны яго ізатопны склад кіслароду.
Іоны фрагмента NF+ NF3+ інтэрферуюць з пучком з масай 33 (16O17O). Каб ліквідаваць гэтую патэнцыйную праблему, большасць узораў апрацоўваюцца з выкарыстаннем крыягенных працэдур падзелу. Гэта можна зрабіць у прамым кірунку перад аналізам MAT 253 або ў якасці другога аналізу, вярнуўшы аналізаваны газ назад у спецыяльнае малекулярнае сіта і паўторна прапусціўшы яго пасля крыягеннага падзелу. Крыягеннае падзеленне прадугледжвае падачу газу ў малекулярнае сіта пры тэмпературы вадкага азоту, а затым яго выкід у першаснае малекулярнае сіта пры тэмпературы -130°C. Шырокія выпрабаванні паказалі, што NF+ застаецца на першым малекулярным сіце, і пры выкарыстанні гэтага метаду не адбываецца значнага фракцыянавання.
Зыходзячы з паўторнага аналізу нашых унутраных абсідыянавых стандартаў, агульная дакладнасць сістэмы ў рэжыме меха складае: ±0,053‰ для δ17O, ±0,095‰ для δ18O, ±0,018‰ для Δ17O (2 сд). Аналіз ізатопаў кіслароду прыведзены ў стандартнай дэльта-натацыі, дзе дэльта18O разлічваецца як:
Таксама выкарыстоўвайце суадносіны 17O/16O для δ17O. VSMOW — гэта міжнародны стандарт для Венскага сярэдняга стандарту марской вады. Δ17O прадстаўляе адхіленне ад лініі фракцыянавання Зямлі, а формула разліку выглядае наступным чынам: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Усе дадзеныя, прадстаўленыя ў Дадатковай табліцы 3, былі скарэкціраваны з улікам прабелаў.
З часціц Рюгу былі выняты зрэзы таўшчынёй прыблізна ад 150 да 200 нм з выкарыстаннем прыбора Hitachi High Tech SMI4050 FIB у JAMSTEC, Інстытут адбору проб керна Кочы. Звярніце ўвагу, што ўсе зрэзы FIB былі атрыманы з неапрацаваных фрагментаў неапрацаваных часціц пасля вымання з пасудзін, запоўненых газам N2, для міжаб'ектнага пераносу. Гэтыя фрагменты не вымяраліся з дапамогай SR-CT, але апрацоўваліся з мінімальным уздзеяннем зямной атмасферы, каб пазбегнуць патэнцыйных пашкоджанняў і забруджвання, якія маглі б паўплываць на спектр K-краю вугляроду. Пасля нанясення ахоўнага пласта вальфраму вобласць цікавасці (да 25 × 25 мкм2) была разрэзана і пратанчана пучком іёнаў Ga+ пры паскаральным напружанні 30 кВ, затым пры 5 кВ і зондаваным току 40 пА, каб мінімізаваць пашкоджанне паверхні. Затым ультратонкія зрэзы былі размешчаны на павялічанай меднай сетцы (сетка Кочы) 39 з выкарыстаннем мікраманіпулятара, абсталяванага FIB.
Гранулы Ryugu A0098 (1,6303 мг) і C0068 (0,6483 мг) былі двойчы запячатаны ў чыстыя поліэтыленавыя лісты высокай чысціні ў пальчаткавай камеры, запоўненай чыстым азотам, на ўстаноўцы SPring-8 без якога-небудзь узаемадзеяння з зямной атмасферай. Падрыхтоўка ўзораў для JB-1 (геалагічнай эталоннай пароды, выдадзенай Геалагічнай службай Японіі) была праведзена ў Токійскім метрапалітэнскім універсітэце.
INAA праводзіцца ў Інстытуце інтэграваных радыяцыйных і ядзерных навук Кіёцкага ўніверсітэта. Узоры былі апраменены двойчы з рознымі цыкламі апрамянення, выбранымі ў залежнасці ад перыяду паўраспаду нукліда, які выкарыстоўваўся для колькаснага вызначэння элементаў. Спачатку ўзор быў апраменены ў пнеўматычнай трубцы для апрамянення на працягу 30 секунд. Патокі цеплавых і хуткіх нейтронаў на мал. 3 складаюць 4,6 × 1012 і 9,6 × 1011 см-2 с-1 адпаведна для вызначэння ўтрымання Mg, Al, Ca, Ti, V і Mn. Такія хімічныя рэчывы, як MgO (чысціня 99,99%, Soekawa Chemical), Al (чысціня 99,9%, Soekawa Chemical) і металічны Si (чысціня 99,999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical), таксама былі апраменены для карэкцыі перашкодных ядзерных рэакцый, такіх як (n, n). Узор таксама быў апраменены хларыдам натрыю (чысціня 99,99%; MANAC) для карэкцыі змяненняў нейтроннага патоку.
Пасля нейтроннага апрамянення вонкавы поліэтыленавы ліст быў заменены новым, і гама-выпраменьванне, якое выпраменьвалі ўзор і эталон, было неадкладна вымерана з дапамогай германіевага дэтэктара. Гэтыя ж узоры былі паўторна апраменены на працягу 4 гадзін у пнеўматычнай трубцы для апрамянення. 2 мае патокі цеплавога і хуткага нейтронаў 5,6 × 1012 і 1,2 × 1012 см-2 с-1 адпаведна для вызначэння Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, утрымання Se, Sb, Os, Ir і Au. Кантрольныя ўзоры Ga, As, Se, Sb, Os, Ir і Au былі апраменены шляхам нанясення адпаведнай колькасці (ад 10 да 50 мкг) стандартных раствораў вядомых канцэнтрацый гэтых элементаў на два кавалкі фільтравальнай паперы з наступным апрамяненнем узораў. Падлік гама-выпраменьвання быў праведзены ў Інстытуце інтэграваных радыяцыйных і ядзерных навук Кіёцкага ўніверсітэта і Даследчым цэнтры RI Токійскага метрапалітэнскага ўніверсітэта. Аналітычныя працэдуры і даведачныя матэрыялы для колькаснага вызначэння элементаў INAA такія ж, як апісаны ў нашай папярэдняй працы.
Для збору дыфракцыйных карцін узораў Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (≪1 мг) і C0087 (<1 мг) у NIPR выкарыстоўвалі рэнтгенаўскі дыфрактометр (Rigaku SmartLab). Для збору дыфракцыйных карцін узораў Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (≪1 мг) і C0087 (<1 мг) у NIPR выкарыстоўвалі рэнтгенаўскі дыфрактометр (Rigaku SmartLab). Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) выкарыстоўваўся для збору дыфракцыйных карцін узораў Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (≪1 мг) і C0087 (<1 мг) у NIPR. Для збору дыфракцыйных карцін узораў Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (≪1 мг) і C0087 (<1 мг) у NIPR выкарыстоўвалі рэнтгенаўскі дыфрактометр (Rigaku SmartLab).使用X 射线衍射仪 (Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 мг)、A0037 (<1 мг) 和C0087 (<1 мг) 的衍射图案。使用X 射线衍射仪 (Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 мг)、A0037 (<1 мг) 和C0087 (<1 мг) 的衍射图案。 Дыфрактаграмы ўзораў Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) і C0087 (<1 мг) былі атрыманы ў NIPR з выкарыстаннем рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). Рэнтгенаграмы дыфракцыі ўзораў Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) і C0087 (<1 мг) былі атрыманы ў NIPR з выкарыстаннем рэнтгенаўскага дыфрактометра (Rigaku SmartLab).Усе ўзоры былі здрабнены ў дробны парашок на крэмніевай неадбівальнай пласціне з выкарыстаннем сапфіравай шкляной пласціны, а затым раўнамерна размеркаваны па крэмніевай неадбівальнай пласціне без якой-небудзь вадкасці (вады або спірту). Умовы вымярэння наступныя: рэнтгенаўскае выпраменьванне CuKα генеруецца пры напрузе трубкі 40 кВ і току трубкі 40 мА, гранічна даўжыня шчыліны складае 10 мм, вугал разыходжання складае (1/6)°, хуткасць кручэння ў плоскасці складае 20 аб/мін, а дыяпазон 2θ (падвойны вугал Брэга) складае 3-100° і займае каля 28 гадзін для аналізу. Выкарыстоўвалася оптыка Брэга Брэнтана. Дэтэктар - гэта аднамерны крэмніевы паўправадніковы дэтэктар (D/teX Ultra 250). Рэнтгенаўскае выпраменьванне CuKβ выдалялася з дапамогай нікелевага фільтра. Выкарыстоўваючы даступныя ўзоры, былі параўнаны вымярэнні сінтэтычнага магнезіевага сапаніту (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), серпенціну (ліставы серпенцін, Міядзу, Ніка) і піроціну (манаклінічны 4C, Чыхуа, Мексіка, Уотс) для ідэнтыфікацыі пікаў і выкарыстання дадзеных дыфракцыі з парашковых файлаў з Міжнароднага цэнтра дыфракцыйных дадзеных, даламіту (PDF 01-071-1662) і магнетыту (PDF 00-019-0629). Дыфракцыйныя дадзеныя з Рюгу таксама былі параўнаны з дадзенымі па гідразмененых вугляродзістых хондрытах, Оргей CI, Y-791198 CM2.4 і Y 980115 CY (стадыя нагрэву III, 500–750°C). Параўнанне паказала падабенства з Оргейлем, але не з Y-791198 і Y 980115.
Спектры NEXAFS з вугляродным краем K ультратонкіх зрэзаў узораў, вырабленых з FIB, былі вымераны з выкарыстаннем канала STXM BL4U на сінхратроннай устаноўцы UVSOR у Інстытуце малекулярных навук (Акадзакі, Японія). Памер плямы прамяня, аптычна сфакусаванага з дапамогай зоннай пласцінкі Фрэнеля, складае прыблізна 50 нм. Крок па энергіі складае 0,1 эВ для тонкай структуры вобласці блізкага краю (283,6–292,0 эВ) і 0,5 эВ (280,0–283,5 эВ і 292,5–300,0 эВ) для пярэдняга і задняга фронтаў. Час для кожнага пікселя выявы быў усталяваны на 2 мс. Пасля вакуумавання аналітычная камера STXM была запоўнена геліем пад ціскам каля 20 мбар. Гэта дапамагае мінімізаваць цеплавы дрэйф рэнтгенаўскай аптычнай апаратуры ў камеры і трымальніку ўзору, а таксама паменшыць пашкоджанне і/або акісленне ўзору. Спектры вугляроду NEXAFS K-edge былі атрыманы з сукупных дадзеных з выкарыстаннем праграмнага забеспячэння aXis2000 і запатэнтаванага праграмнага забеспячэння для апрацоўкі дадзеных STXM. Звярніце ўвагу, што для прадухілення акіслення і забруджвання ўзораў выкарыстоўваюцца кантэйнер для перадачы ўзораў і перчаткавая камера.
Пасля аналізу STXM-NEXAFS ізатопны склад вадароду, вугляроду і азоту зрэзаў Ryugu FIB быў прааналізаваны з выкарыстаннем ізатопнай візуалізацыі на JAMSTEC NanoSIMS 50L. Сфакусаваны першасны пучок Cs+ магутнасцю каля 2 пА для ізатопнага аналізу вугляроду і азоту і каля 13 пА для ізатопнага аналізу вадароду растэрызуецца на плошчы ад прыкладна 24 × 24 мкм2 да 30 × 30 мкм2 на ўзоры. Пасля 3-хвіліннага папярэдняга распылення пры адносна моцным току першаснага пучка кожны аналіз пачынаўся пасля стабілізацыі інтэнсіўнасці другаснага пучка. Для аналізу ізатопаў вугляроду і азоту выявы 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– і 12C15N– былі адначасова атрыманы з выкарыстаннем сяміэлектроннага множнікавага мультыплекснага дэтэктара з масавым разрозненнем прыблізна 9000, што дастаткова для падзелу ўсіх адпаведных ізатопных злучэнняў. інтэрферэнцыя (г.зн. 12C1H на 13C і 13C14N на 12C15N). Для аналізу ізатопаў вадароду былі атрыманы выявы 1H-, 2D- і 12C- з масавым разрозненнем прыблізна 3000 з множным дэтэктаваннем з выкарыстаннем трох электронных множнікаў. Кожны аналіз складаецца з 30 сканаваных выяў адной і той жа вобласці, прычым адна выява складаецца з 256 × 256 пікселяў для аналізу ізатопаў вугляроду і азоту і 128 × 128 пікселяў для аналізу ізатопаў вадароду. Час затрымкі складае 3000 мкс на піксель для аналізу ізатопаў вугляроду і азоту і 5000 мкс на піксель для аналізу ізатопаў вадароду. Мы выкарысталі гідрат 1-гідраксібензатрыазолу ў якасці стандартаў ізатопаў вадароду, вугляроду і азоту для каліброўкі інструментальнага масавага фракцыянавання45.
Для вызначэння ізатопнага складу крэмнію перадсолнечнага графіту ў профілі FIB C0068-25 мы выкарысталі шэсць электронных множнікаў з масавым разрозненнем каля 9000. Выявы складаюцца з 256 × 256 пікселяў з часам затрымкі 3000 мкс на піксель. Мы адкалібравалі прыбор для масавага фракцыянавання, выкарыстоўваючы крэмніевыя пласціны ў якасці ізатопных стандартаў вадароду, вугляроду і крэмнію.
Ізатопныя выявы былі апрацаваны з дапамогай праграмнага забеспячэння для апрацоўкі малюнкаў NanoSIMS45 ад NASA. Дадзеныя былі скарэкціраваны на мёртвы час электроннага множніка (44 нс) і эфекты квазіадначасовага прыбыцця. Рознае выраўноўванне сканавання для кожнага малюнка для карэкцыі зруху выявы падчас атрымання. Канчатковае ізатопнае малюнак ствараецца шляхам дадання другасных іонаў з кожнага малюнка для кожнага пікселя сканавання.
Пасля аналізу STXM-NEXAFS і NanoSIMS тыя ж зрэзы FIB былі даследаваны з дапамогай прасвечвальнага электроннага мікраскопа (JEOL JEM-ARM200F) пры паскаральным напружанні 200 кВ у Кочы, JAMSTEC. Мікраструктура назіралася з дапамогай светлапольнага прасвечвальнага электронных мікраскопаў (ПЭМ) і высокавугольнага сканіруючага ПЭМ у цёмным полі. Мінеральныя фазы былі ідэнтыфікаваны з дапамогай кропкавай электроннай дыфракцыі і візуалізацыі рашоткавых палос, а хімічны аналіз быў праведзены з дапамогай EDS з выкарыстаннем крэмніевага дрэйф-дэтэктара плошчай 100 мм² і праграмнага забеспячэння JEOL Analysis Station 4.30. Для колькаснага аналізу характэрная інтэнсіўнасць рэнтгенаўскага выпраменьвання для кожнага элемента вымяралася ў рэжыме сканавання ПЭМ з фіксаваным часам збору дадзеных 30 с, плошчай сканавання прамяня ~100 × 100 нм² і токам прамяня 50 пА. Суадносіны (Si + Al)-Mg-Fe ў слаістых сілікатах вызначалася з выкарыстаннем эксперыментальнага каэфіцыента k, папраўленага на таўшчыню, атрыманага са стандарту прыроднага пірапагаранату.
Усе выявы і аналізы, выкарыстаныя ў гэтым даследаванні, даступныя ў Сістэме архівавання і сувязі дадзеных JAXA (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. У гэтым артыкуле прадстаўлены зыходныя дадзеныя.
Кітары, К. і інш. Склад паверхні астэроіда 162173 Ругу, назіраны прыборам Hayabusa2 NIRS3. Science 364, 272–275.
Кім, А. Дж. Вугляродныя хондрыты (CY) тыпу Ямата: аналагі паверхні астэроіда Ругу? Геахімія 79, 125531 (2019).
Піларджэт, С. і інш. Першы аналіз складу ўзораў Рыюгу быў праведзены з выкарыстаннем гіперспектральнага мікраскопа MicroOmega. Нацыянальны астралог. 6, 221–225 (2021).
Яда, Т. і інш. Папярэдні аналіз узору Hyabusa2, вернутага з астэроіда тыпу C Ругу. National Astron. 6, 214–220 (2021).