Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili da onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Isparljivi i bogati organskom materijom, asteroidi C-tipa mogu biti jedan od glavnih izvora vode na Zemlji. Trenutno, hondriti koji sadrže ugljik daju najbolju predstavu o njihovom hemijskom sastavu, ali informacije o meteoritima su iskrivljene: samo najizdržljiviji tipovi preživljavaju ulaskom u atmosferu, a zatim interakcijom sa Zemljinom okolinom. Ovdje predstavljamo rezultate detaljne volumetrijske i mikroanalitičke studije primarne Ryugu čestice koju je na Zemlju dostavila svemirska letjelica Hayabusa-2. Ryugu čestice pokazuju blisku podudarnost po sastavu sa hemijski nefrakcionisanim, ali vodom izmijenjenim CI (Iwuna-tip) hondritima, koji se široko koriste kao indikator ukupnog sastava Sunčevog sistema. Ovaj uzorak pokazuje složen prostorni odnos između bogatih alifatskih organskih materija i slojevitih silikata i ukazuje na maksimalnu temperaturu od oko 30 °C tokom erozije vodom. Pronašli smo obilje deuterijuma i diazonija što je u skladu sa ekstrasolarnim porijeklom. Ryugu čestice su najnekontaminiraniji i najneodvojiviji vanzemaljski materijal ikada proučavan i najbolje odgovaraju ukupnom sastavu Sunčevog sistema.
Od juna 2018. do novembra 2019. godine, svemirska letjelica Hayabusa2 Japanske agencije za istraživanje svemira (JAXA) provela je opsežno daljinsko istraživanje asteroida Ryugu. Podaci sa bliskog infracrvenog spektrometra (NIRS3) na Hayabusa-2 sugeriraju da bi Ryugu mogao biti sastavljen od materijala sličnog termički i/ili udarno metamorfnim ugljičnim hondritima. Najbliži podudaran je CY hondrit (Yamato tip) 2. Nizak albedo Ryugua može se objasniti prisustvom velikog broja komponenti bogatih ugljikom, kao i veličinom čestica, poroznošću i efektima prostornog trošenja. Svemirska letjelica Hayabusa-2 izvršila je dva slijetanja i prikupljanje uzoraka na Ryugi. Tokom prvog slijetanja 21. februara 2019. godine, dobijen je površinski materijal, koji je pohranjen u odjeljku A povratne kapsule, a tokom drugog slijetanja 11. jula 2019. godine, materijal je prikupljen u blizini vještačkog kratera formiranog malim prenosivim udarnim tijelom. Ovi uzorci se čuvaju u Odjelu C. Početna nedestruktivna karakterizacija čestica u Fazi 1 u posebnim, nekontaminiranim i čistim dušikom ispunjenim komorama u objektima kojima upravlja JAXA pokazala je da su čestice Ryugua najsličnije CI4 hondritima i pokazuju „različite nivoe varijacija“3. Naizgled kontradiktorna klasifikacija Ryugua, slično CY ili CI hondritima, može se riješiti samo detaljnom izotopskom, elementarnom i mineraloškom karakterizacijom Ryugu čestica. Rezultati predstavljeni ovdje pružaju solidnu osnovu za određivanje koje je od ova dva preliminarna objašnjenja za ukupni sastav asteroida Ryugu najvjerovatnije.
Osam Ryugu kuglica (ukupno približno 60 mg), četiri iz komore A i četiri iz komore C, dodijeljene su Fazi 2 za upravljanje Kochi timom. Glavni cilj studije je razjasniti prirodu, porijeklo i evolucijsku historiju asteroida Ryugu, te dokumentirati sličnosti i razlike s drugim poznatim vanzemaljskim uzorcima kao što su hondriti, međuplanetarne čestice prašine (IDP) i povratničke komete. Uzorke je prikupila NASA-ina misija Stardust.
Detaljna mineraloška analiza pet zrna Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 i C0068) pokazala je da su uglavnom sastavljena od sitnozrnatih i grubozrnatih filosilikata (~64–88 vol.%; Sl. 1a, b, Dopunska slika 1). Grubozrnati filosilikati se javljaju kao perasti agregati (veličine do desetina mikrona) u sitnozrnatim matricama bogatim filosilikatima (veličine manje od nekoliko mikrona). Slojevite silikatne čestice su simbionti serpentinsko-saponita (Sl. 1c). Mapa (Si + Al)-Mg-Fe također pokazuje da glavna slojevita silikatna matrica ima međusastav između serpentinskog i saponitnog sastava (Sl. 2a, b). Filosilikatna matrica sadrži karbonatne minerale (~2–21 vol.%), sulfidne minerale (~2,4–5,5 vol.%) i magnetit (~3,6–6,8 vol.%). Jedna od čestica ispitanih u ovoj studiji (C0009) sadržavala je malu količinu (~0,5 vol.%) bezvodnih silikata (olivin i piroksen), što može pomoći u identifikaciji izvornog materijala koji je sačinjavao sirovi kamen Ryugu5. Ovaj bezvodni silikat je rijedak u peletima Ryugu i pozitivno je identificiran samo u peletu C0009. Karbonati su prisutni u matrici kao fragmenti (manji od nekoliko stotina mikrona), uglavnom dolomit, s malim količinama kalcijum karbonata i brinela. Magnetit se javlja kao izolirane čestice, framboidi, pločice ili sferni agregati. Sulfidi su uglavnom predstavljeni pirotitom u obliku nepravilnih heksagonalnih prizmi/ploča ili letvica. Matrica sadrži veliku količinu submikronskog pentlandita ili u kombinaciji s pirotitom. Faze bogate ugljikom (veličine <10 µm) sveprisutne su u matrici bogatoj filosilikatima. Faze bogate ugljikom (veličine <10 µm) sveprisutne su u matrici bogatoj filosilikatima. Bogatye uglerodom faze (razmerom <10 mkm) se nalaze povsemesno u bogatoj filosilikatami matricama. Faze bogate ugljikom (veličine <10 µm) sveprisutne su u matrici bogatoj filosilikatima.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。 Bogatye uglerodom fazay (razmerom <10 mkm) prevladavaju u bogatoj filosilikatami matricama. Faze bogate ugljikom (veličine <10 µm) prevladavaju u matrici bogatoj filosilikatima.Ostali pomoćni minerali prikazani su u Dodatnoj tabeli 1. Lista minerala određenih iz rendgenskog difrakcijskog uzorka smjese C0087 i A0029 i A0037 vrlo je konzistentna s onom određenom u hondritu CI (Orgueil), ali se uveliko razlikuje od hondrita CY i CM (tip Mighei) (Slika 1 s proširenim podacima i Dodatna slika 2). Ukupni sadržaj elemenata u zrnima Ryugu (A0098, C0068) također je konzistentan s hondritom 6 CI (prošireni podaci, Slika 2 i Dodatna tabela 2). Nasuprot tome, CM hondriti su osiromašeni umjereno i vrlo hlapljivim elementima, posebno Mn i Zn, te većim sadržajem vatrostalnih elemenata7. Koncentracije nekih elemenata uveliko variraju, što može biti odraz inherentne heterogenosti uzorka zbog male veličine pojedinačnih čestica i rezultirajuće pristranosti uzorkovanja. Sve petrološke, mineraloške i elementarne karakteristike ukazuju na to da su zrna Ryugua vrlo slična hondritima CI8,9,10. Značajan izuzetak je odsustvo ferihidrita i sulfata u zrnima Ryugua, što ukazuje na to da su ovi minerali u hondritima CI nastali usljed kopnenog trošenja.
a, Kompozitna rendgenska slika suhog poliranog presjeka C0068 s Mg Kα (crvena), Ca Kα (zelena), Fe Kα (plava) i S Kα (žuta). Frakcija se sastoji od slojevitih silikata (crvena: ~88 vol%), karbonata (dolomit; svijetlozelena: ~1,6 vol%), magnetita (plava: ~5,3 vol%) i sulfida (žuta: sulfid = ~2,5 vol.%). esej. b, slika konturnog područja u povratno raspršenim elektronima na a. Bru – nezreli; Dole – dolomit; FeS je željezni sulfid; Mag – magnetit; juice – sapun; Srp – serpentin. c, slika visoke rezolucije transmisijske elektronske mikroskopije (TEM) tipičnog međusobnog rasta saponita i serpentina koja prikazuje serpentinske i saponitne rešetkaste trake od 0,7 nm i 1,1 nm, respektivno.
Sastav matrice i slojevitih silikatnih (u %) čestica Ryugu A0037 (puni crveni krugovi) i C0068 (puni plavi krugovi) prikazan je u ternarnom sistemu (Si+Al)-Mg-Fe. a, Rezultati elektronske mikroanalize (EPMA) prikazani su u odnosu na CI hondrite (Ivuna, Orgueil, Alais)16 prikazani sivom bojom radi poređenja. b, Analiza skenirajuće TEM (STEM) i energetski disperzivne rendgenske spektroskopije (EDS) prikazana je radi poređenja sa meteoritima Orgueil9 i Murchison46 i hidratiziranim IDP47. Analizirani su sitnozrnati i grubozrnati filosilikata, izbjegavajući male čestice željeznog sulfida. Isprekidane linije u a i b pokazuju linije rastvaranja saponita i serpentina. Sastav bogat željezom u a može biti posljedica submikronskih zrna željeznog sulfida unutar slojevitih silikatnih zrna, što se ne može isključiti prostornom rezolucijom EPMA analize. Tačke podataka sa većim sadržajem Si od saponita u b mogu biti uzrokovane prisustvom nano-dimenzionog amorfnog materijala bogatog silicijumom u međuprostorima filosilikatnog sloja. Broj analiza: N=69 za A0037, N=68 za EPMA, N=68 za C0068, N=19 za A0037 i N=27 za C0068 za STEM-EDS. c, izotopska mapa trioksi čestice Ryugu C0014-4 u poređenju sa vrijednostima hondrita CI (Orgueil), CY (Y-82162) i podacima iz literature (CM i C2-ung)41,48,49. Dobili smo podatke za meteorite Orgueil i Y-82162. CCAM je linija bezvodnih ugljeničnih hondritih minerala, TFL je linija razdvajanja kopna. d, Δ17O i δ18O mape Ryugu čestice C0014-4, CI hondrita (Orgueil) i CY hondrita (Y-82162) (ova studija). Δ17O_Ryugu: Vrijednost Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Prosječna vrijednost Δ17O za Orgueil. Δ17O_Y-82162: Prosječna vrijednost Δ17O za Y-82162. CI i CY podaci iz literature 41, 48, 49 su također prikazani radi poređenja.
Analiza masenih izotopa kisika provedena je na uzorku od 1,83 mg materijala ekstrahiranog iz granularnog C0014 laserskom fluoracijom (Metode). Za poređenje, analizirali smo sedam kopija Orgueila (CI) (ukupna masa = 8,96 mg) i sedam kopija Y-82162 (CY) (ukupna masa = 5,11 mg) (Dodatna tabela 3).
Na sl. 2d prikazana je jasna odvojenost Δ17O i δ18O između prosječnih težinskih čestica Orgueila i Ryugua u poređenju sa Y-82162. Δ17O čestice Ryugu C0014-4 je veći od onog kod čestice Orgeila, uprkos preklapanju na 2 sd. Čestice Ryugua imaju veće vrijednosti Δ17O ​​u poređenju sa Orgeilom, što može odražavati zagađenje potonjeg na kopnu od njegovog pada 1864. godine. Trošenje u kopnenom okruženju11 nužno rezultira ugradnjom atmosferskog kisika, približavajući ukupnu analizu zemaljskoj liniji frakcionisanja (TFL). Ovaj zaključak je u skladu sa mineraloškim podacima (o kojima se ranije raspravljalo) da zrna Ryugua ne sadrže hidrate ili sulfate, dok Orgeil sadrži.
Na osnovu gore navedenih mineraloških podataka, ovi rezultati podržavaju povezanost između Ryugu zrna i CI hondrita, ali isključuju povezanost CY hondrita. Činjenica da Ryugu zrna nisu povezana sa CY hondritima, koji pokazuju jasne znakove dehidracijske mineralogije, zbunjuje. Orbitalna posmatranja Ryugua izgleda ukazuju na to da je prošao kroz dehidraciju i stoga je vjerovatno sastavljen od CY materijala. Razlozi za ovu očiglednu razliku ostaju nejasni. Analiza izotopa kisika drugih Ryugu čestica predstavljena je u pratećem radu 12. Međutim, rezultati ovog proširenog skupa podataka također su u skladu s povezanošću između Ryugu čestica i CI hondrita.
Koristeći tehnike koordinirane mikroanalize (Dopunska slika 3), ispitali smo prostornu distribuciju organskog ugljika po cijeloj površini frakcije fokusiranog ionskog snopa (FIB) C0068.25 (Slike 3a–f). Spektri fine strukture X-zraka ugljika (NEXAFS) na bližem rubu u presjeku C0068.25 pokazuju nekoliko funkcionalnih grupa – aromatične ili C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), C(=O)O (287,5 eV) i C(=O)O (288,8 eV) – struktura grafena je odsutna na 291,7 eV (Slika 3a), što znači nizak stepen termičke varijacije. Snažan CH vrh (287,5 eV) parcijalnih organskih materija C0068.25 razlikuje se od nerastvorljivih organskih materija prethodno proučavanih ugljičnih hondrita i sličniji je IDP14 i kometarnim česticama dobijenim misijom Stardust. Snažan CH vrh na 287,5 eV i vrlo slab aromatski ili C=C vrh na 285,2 eV ukazuju na to da su organski spojevi bogati alifatskim spojevima (slika 3a i dodatna slika 3a). Područja bogata alifatskim organskim spojevima lokalizirana su u grubozrnatim filosilikatima, kao i u područjima sa slabom aromatskom (ili C=C) strukturom ugljika (slika 3c,d). Nasuprot tome, A0037,22 (dodatna slika 3) djelimično je pokazao niži sadržaj alifatskih regija bogatih ugljikom. Osnovna mineralogija ovih zrna bogata je karbonatima, slično hondritu CI 16, što ukazuje na opsežnu promjenu izvorne vode (dodatna tabela 1). Oksidacijski uslovi će favorizirati veće koncentracije karbonilnih i karboksilnih funkcionalnih grupa u organskim spojevima povezanim s karbonatima. Submikronska distribucija organskih tvari s alifatskim strukturama ugljika može se vrlo razlikovati od distribucije grubozrnatih slojevitih silikata. Naznake alifatskih organskih spojeva povezanih s filosilikatom-OH pronađene su u meteoritu jezera Tagish. Koordinirani mikroanalitički podaci ukazuju na to da organska tvar bogata alifatskim spojevima može biti široko rasprostranjena u asteroidima C-tipa i blisko povezana s filosilikatima. Ovaj zaključak je u skladu s prethodnim izvještajima o alifatskim/aromatičnim CH₃ u česticama Ryugua koje je demonstrirao MicroOmega, hiperspektralni mikroskop bliskog infracrvenog zračenja. Važno i neriješeno pitanje je da li se jedinstvena svojstva alifatskih organskih spojeva bogatih ugljikom povezanih s grubozrnatim filosilikatima, uočena u ovoj studiji, nalaze samo na asteroidu Ryugu.
a, NEXAFS ugljični spektri normalizirani na 292 eV u aromatičnom (C=C) bogatom području (crveno), u alifatskom bogatom području (zeleno) i u matrici (plavo). Siva linija je Murchison 13 nerastvorljivi organski spektar za poređenje. au, arbitražna jedinica. b, Skenirajuća transmisijska rendgenska mikroskopija (STXM) spektralne slike ugljičnog K-ivice koja pokazuje da u presjeku dominira ugljik. c, RGB kompozitni dijagram s aromatičnim (C=C) bogatim područjima (crveno), alifatskim bogatim područjima (zeleno) i matricom (plavo). d, organske tvari bogate alifatskim spojevima koncentrirane su u grubozrnatom filosilikatu, područje je uvećano u odnosu na bijele isprekidane okvire u b i c. e, velike nanosfere (ng-1) u području uvećanom u odnosu na bijelu isprekidanu kutiju u b i c. Za: pirotit. Pn: nikl-hromit. f, Nanoskalna sekundarna ionska masena spektrometrija (NanoSIMS), elementarne slike vodika (1H), ugljika (12C) i dušika (12C14N), slike odnosa elemenata 12C/1H i unakrsne izotopske slike δD, δ13C i δ15N – Odjeljak PG-1: presolarni grafit s ekstremnim obogaćenjem 13C (Dodatna tabela 4).
Kinetičke studije degradacije organske materije u Murchison meteoritima mogu pružiti važne informacije o heterogenoj distribuciji alifatske organske materije bogate Ryugu zrnima. Ova studija pokazuje da alifatske CH veze u organskoj materiji opstaju do maksimalne temperature od oko 30°C na matičnoj stijeni i/ili se mijenjaju s vremenskim temperaturnim odnosima (npr. 200 godina na 100°C i 0°C 100 miliona godina). Ako se prethodnik ne zagrijava na datoj temperaturi duže od određenog vremena, originalna distribucija alifatskih organskih materija bogatih filosilikatima može se očuvati. Međutim, promjene vode u izvornoj stijeni mogu zakomplicirati ovo tumačenje, jer A0037 bogat karbonatima ne pokazuje nikakve alifatske regije bogate ugljikom povezane s filosilikatima. Ova niska promjena temperature otprilike odgovara prisustvu kubnog feldspata u Ryugu zrnima (Dodatna tabela 1) 20.
Frakcija C0068.25 (ng-1; slike 3a–c,e) sadrži veliku nanosferu koja pokazuje visoko aromatične (ili C=C), umjereno alifatične i slabe spektre C(=O)O i C=O. Potpis alifatskog ugljika ne podudara se s potpisom nerastvorljivih organskih tvari i organskih nanosfera povezanih s hondritima (slika 3a) 17,21. Ramanova i infracrvena spektroskopska analiza nanosfera u jezeru Tagish pokazala je da se one sastoje od alifatskih i oksidiranih organskih spojeva i neuređenih policikličkih aromatičnih organskih spojeva sa složenom strukturom 22,23. Budući da okolna matrica sadrži organske tvari bogate alifatskim spojevima, potpis alifatskog ugljika u ng-1 može biti analitički artefakt. Zanimljivo je da ng-1 sadrži ugrađene amorfne silikate (slika 3e), teksturu koja još nije zabilježena ni za jedan vanzemaljski organski spoj. Amorfni silikati mogu biti prirodne komponente ng-1 ili nastati amorfizacijom vodenih/anhidrovanih silikata jonskim i/ili elektronskim snopom tokom analize.
NanoSIMS jonske slike presjeka C0068.25 (slika 3f) pokazuju ujednačene promjene δ13C i δ15N, osim za presolarna zrna s velikim obogaćenjem 13C od 30.811 ‰ (PG-1 na slici δ13C na slici 3f) (Dodatna tabela 4). Rendgenske slike elementarnih zrna i TEM slike visoke rezolucije pokazuju samo koncentraciju ugljika i udaljenost između bazalnih ravni od 0,3 nm, što odgovara grafitu. Vrijedno je napomenuti da su vrijednosti δD (841 ± 394 ‰) i δ15N (169 ± 95 ‰), obogaćene alifatskom organskom materijom povezanom s grubozrnatim filosilikatima, nešto veće od prosjeka za cijelo područje C (δD = 528 ± 139 ‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) u C0068.25 (Dodatna tabela 4). Ovo zapažanje sugerira da bi organske materije bogate alifatskim jedinjenjima u grubozrnatim filosilikatima mogle biti primitivnije od okolnih organskih materija, budući da su ove potonje možda prošle kroz izotopsku izmjenu s okolnom vodom u prvobitnom tijelu. Alternativno, ove izotopske promjene mogu biti povezane i s početnim procesom formiranja. Interpretira se da su sitnozrnati slojeviti silikati u CI hondritima nastali kao rezultat kontinuirane izmjene prvobitnih grubozrnatih bezvodnih silikatnih klastera. Organske materije bogate alifatskim jedinjenjima mogle su se formirati od molekula prekursora u protoplanetarnom disku ili međuzvjezdanom mediju prije formiranja Sunčevog sistema, a zatim su neznatno izmijenjene tokom promjena vode u matičnom tijelu Ryugu (velikom). Veličina Ryugua (<1,0 km) je premala da bi dovoljno održala unutrašnju toplotu za vodene alteracije i formiranje hidratiziranih minerala25. Veličina Ryugua (<1,0 km) je premala da bi održala dovoljno unutrašnje toplote za vodene alteracije i formiranje hidratiziranih minerala25. Veličina (<1,0 km) Previše mala, da bi se obezbedila dovoljna unutrašnja toplota za izmene vode sa obrazovanjem vodenih minerala25. Veličina (<1,0 km) Ryugu je premalen da bi održao dovoljnu unutrašnju toplotu za promjenu vode i formiranje minerala vode25. 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ア成含水ア成含水 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ア成含水ア成含水 Veličina Rjugu (<1,0 km) je dovoljno mala, za održavanje unutrašnje toplote za izmene vode sa obrazovanjem vodenih minerala25. Veličina Ryugua (<1,0 km) je premala da bi podržala unutrašnju toplotu potrebnu za promjenu vode u minerale vode25.Stoga bi mogli biti potrebni prethodnici Ryugua veličine desetina kilometara. Organska materija bogata alifatskim spojevima može zadržati svoje prvobitne izotopske odnose zbog povezanosti s grubozrnatim filosilikatima. Međutim, tačna priroda izotopskih teških nosioca ostaje neizvjesna zbog složenog i delikatnog miješanja različitih komponenti u ovim FIB frakcijama. To mogu biti organske supstance bogate alifatskim spojevima u Ryugu granulama ili grubi filosilikati koji ih okružuju. Treba napomenuti da organska materija u gotovo svim ugljičnim hondritima (uključujući CI hondrite) ima tendenciju da bude bogatija D nego u filosilikatima, s izuzetkom meteorita CM Paris 24, 26.
Grafikoni zapremine δD i δ15N FIB kriški dobijenih za A0002.23 i A0002.26, A0037.22 i A0037.23 i C0068.23, C0068.25 i C0068.26 FIB kriški (ukupno sedam FIB kriški od tri Ryugu čestice). Poređenje NanoSIMS-a sa drugim objektima Sunčevog sistema prikazano je na slici 4 (Dodatna tabela 4)27,28. Promjene zapremine δD i δ15N u profilima A0002, A0037 i C0068 su u skladu sa onima u IDP-u, ali veće nego u hondritima CM i CI (slika 4). Treba napomenuti da je raspon vrijednosti δD za uzorak komete 29 (-240 do 1655‰) veći nego kod Ryugua. Volumeni δD i δ15N profila Ryukyua su, po pravilu, manji od prosjeka za komete Jupiterove porodice i Oortovog oblaka (Sl. 4). Niže vrijednosti δD ​​CI hondrita mogu odražavati utjecaj zemaljske kontaminacije u ovim uzorcima. S obzirom na sličnosti između Bellsa, jezera Tagish i IDP-a, velika heterogenost vrijednosti δD i δN ​​u česticama Ryugua može odražavati promjene u početnim izotopskim potpisima organskih i vodenih sastava u ranom Sunčevom sistemu. Slične izotopske promjene δD i δN u česticama Ryugua i IDP-a sugeriraju da su se obje mogle formirati od materijala iz istog izvora. Vjeruje se da IDP-i potiču iz kometarnih izvora 14. Stoga, Ryugu može sadržavati materijal sličan kometi i/ili barem iz vanjskog Sunčevog sistema. Međutim, ovo može biti teže nego što ovdje navodimo zbog (1) mješavine sferulitne i D-bogate vode na matičnom tijelu 31 i (2) odnosa D/H komete kao funkcije kometarne aktivnosti 32. Međutim, razlozi za uočenu heterogenost izotopa vodika i dušika u česticama Ryugua nisu u potpunosti shvaćeni, dijelom zbog ograničenog broja analiza dostupnih danas. Rezultati sistema izotopa vodika i dušika i dalje ukazuju na mogućnost da Ryugu sadrži većinu materijala izvan Sunčevog sistema i stoga može pokazivati ​​određenu sličnost s kometama. Profil Ryugua nije pokazao očiglednu korelaciju između δ13C i δ15N (Dodatna tabela 4).
Ukupni izotopski sastav H i N čestica Ryugu (crveni krugovi: A0002, A0037; plavi krugovi: C0068) korelira sa solarnom magnitudom 27, Jupiterovom srednjom porodicom (JFC27) i kometama Oortovog oblaka (OCC27), IDP28 i ugljeničnim hondrulama. Poređenje meteorita 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Izotopski sastav dat je u Dodatnoj tabeli 4. Isprekidane linije predstavljaju zemaljske izotopske vrijednosti za H i N.
Transport isparljivih materija (npr. organske materije i vode) na Zemlju i dalje predstavlja zabrinutost26,27,33. Submikronska organska materija povezana s grubim filosilikatima u Ryugu česticama identificiranim u ovoj studiji može biti važan izvor isparljivih materija. Organska materija u grubozrnim filosilikatima je bolje zaštićena od degradacije16,34 i raspadanja35 nego organska materija u sitnozrnim matricama. Teži izotopski sastav vodika u česticama znači da je malo vjerovatno da su one jedini izvor isparljivih materija prenesenih na ranu Zemlju. Mogu se miješati s komponentama s lakšim izotopskim sastavom vodika, kao što je nedavno predloženo u hipotezi o prisustvu vode pokretane solarnim vjetrom u silikatima.
U ovoj studiji pokazujemo da su CI meteoriti, uprkos njihovom geohemijskom značaju kao predstavnici ukupnog sastava Sunčevog sistema,6,10 kontaminirani zemaljski uzorci. Također pružamo direktne dokaze o interakcijama između bogate alifatske organske materije i susjednih hidratiziranih minerala i sugeriramo da Ryugu može sadržavati ekstrasolarni materijal37. Rezultati ove studije jasno pokazuju važnost direktnog uzorkovanja protoasteroida i potrebu za transportom vraćenih uzoraka u potpuno inertnim i sterilnim uvjetima. Dokazi predstavljeni ovdje pokazuju da su čestice Ryugua nesumnjivo jedan od najnekontaminiranijih materijala Sunčevog sistema dostupnih za laboratorijska istraživanja, a daljnje proučavanje ovih dragocjenih uzoraka nesumnjivo će proširiti naše razumijevanje ranih procesa Sunčevog sistema. Čestice Ryugua su najbolji prikaz ukupnog sastava Sunčevog sistema.
Za određivanje složene mikrostrukture i hemijskih svojstava uzoraka submikronske skale, koristili smo kompjuterizovanu tomografiju zasnovanu na sinhrotronskom zračenju (SR-XCT) i SR rendgensku difrakciju (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM analizu. Nije bilo degradacije, zagađenja uzrokovanog Zemljinom atmosferom, niti oštećenja od finih čestica ili mehaničkih uzoraka. U međuvremenu, proveli smo sistematsku volumetrijsku analizu korištenjem skenirajuće elektronske mikroskopije (SEM)-EDS, EPMA, XRD, instrumentalne neutronske aktivacijske analize (INAA) i opreme za lasersko fluoriranje izotopa kisika. Postupci ispitivanja prikazani su na Dodatnoj slici 3, a svaki test je opisan u sljedećim odjeljcima.
Čestice asteroida Ryugu prikupljene su iz modula za ponovni ulazak Hayabusa-2 i dostavljene u Kontrolni centar JAXA-e u Sagamihari, Japan, bez zagađenja Zemljine atmosfere4. Nakon početne i nedestruktivne karakterizacije u objektu kojim upravlja JAXA, koristiti zatvorene kontejnere za transfer između lokacija i vrećice s kapsulama za uzorke (safirni kristal promjera 10 ili 15 mm i nehrđajući čelik, ovisno o veličini uzorka) kako bi se izbjeglo ometanje okoliša. y i/ili zagađivači tla (npr. vodena para, ugljikovodici, atmosferski plinovi i fine čestice) i unakrsna kontaminacija između uzoraka tokom pripreme uzorka i transporta između instituta i univerziteta38. Kako bi se izbjegla degradacija i zagađenje zbog interakcije sa Zemljinom atmosferom (vodena para i kisik), sve vrste pripreme uzoraka (uključujući usitnjavanje tantal dlijetom, korištenje uravnotežene dijamantske žičane pile (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) i rezanje epoksidne smole) (priprema za instalaciju) provedene su u kutiji za rukavice pod čistim suhim N2 (tačka rose: -80 do -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Svi predmeti koji se ovdje koriste čiste se kombinacijom ultračiste vode i etanola korištenjem ultrazvučnih valova različitih frekvencija.
Ovdje proučavamo kolekciju meteorita Nacionalnog instituta za polarna istraživanja (NIPR) Centra za istraživanje meteorita Antarktika (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 i CY: Y 980115).
Za prijenos između instrumenata za SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS i TEM analizu, koristili smo univerzalni ultratanki držač uzoraka opisan u prethodnim studijama38.
SR-XCT analiza uzoraka Ryugu izvršena je korištenjem integriranog CT sistema BL20XU/SPring-8. Integrirani CT sistem sastoji se od različitih načina mjerenja: široko vidno polje i način rada niske rezolucije (WL) za snimanje cijele strukture uzorka, usko vidno polje i način rada visoke rezolucije (NH) za precizno mjerenje površine uzorka, te rendgenskih snimaka za dobijanje difrakcijskog uzorka volumena uzorka, te izvođenje XRD-CT-a za dobijanje 2D dijagrama mineralnih faza horizontalne ravni u uzorku. Treba napomenuti da se sva mjerenja mogu izvršiti bez korištenja ugrađenog sistema za uklanjanje držača uzorka iz baze, što omogućava precizna CT i XRD-CT mjerenja. Rendgenski detektor u WL modu (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) bio je opremljen dodatnom CMOS kamerom (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) rezolucije 4608 × 4608 piksela sa scintilatorom koji se sastoji od monokristala lutecijskog aluminijum granata debljine 10 µm (Lu3Al5O12:Ce) i relejnog sočiva. Veličina piksela u WL modu je oko 0,848 µm. Dakle, vidno polje (FOV) u WL modu je približno 6 mm u offset CT modu. NH mod X-ray detektor (BM AA50; Hamamatsu Photonics) bio je opremljen scintilatorom od gadolinijum-aluminijum-galijum granata (Gd3Al2Ga3O12) debljine 20 µm, CMOS kamerom (C11440-22CU) rezolucije 2048 × 2048 piksela; Hamamatsu Photonics) i sočivom ×20. Veličina piksela u NH modu je ~0,25 µm, a vidno polje je ~0,5 mm. Detektor za XRD mod (BM AA60; Hamamatsu Photonics) bio je opremljen scintilatorom koji se sastoji od 50 µm debelog P43 (Gd2O2S:Tb) praškastog ekrana, CMOS kamere rezolucije 2304 × 2304 piksela (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) i relejnog sočiva. Detektor ima efektivnu veličinu piksela od 19,05 µm i vidno polje od 43,9 mm2. Da bismo povećali FOV (vidno polje), primijenili smo offset CT proceduru u WL modu. Slika propuštene svjetlosti za CT rekonstrukciju sastoji se od slike u rasponu od 180° do 360° reflektirane horizontalno oko ose rotacije i slike u rasponu od 0° do 180°.
U XRD modu, rendgenski snop se fokusira Fresnelovom zonskom pločom. U ovom modu, detektor se postavlja 110 mm iza uzorka, a graničnik snopa je 3 mm ispred detektora. Difrakcijske slike u 2θ rasponu od 1,43° do 18,00° (korak rešetke d = 16,6–1,32 Å) dobijene su sa rendgenskom tačkom fokusiranom na dnu vidnog polja detektora. Uzorak se pomiče vertikalno u pravilnim intervalima, sa pola okreta za svaki korak vertikalnog skeniranja. Ako mineralne čestice zadovoljavaju Bragg-ov uslov kada se rotiraju za 180°, moguće je dobiti difrakciju mineralnih čestica u horizontalnoj ravni. Difrakcijske slike su zatim kombinovane u jednu sliku za svaki korak vertikalnog skeniranja. Uslovi SR-XRD-CT testa su gotovo isti kao i za SR-XRD test. U XRD-CT modu, detektor je postavljen 69 mm iza uzorka. Difrakcijske slike u 2θ rasponu kreću se od 1,2° do 17,68° (d = 19,73 do 1,35 Å), gdje su i rendgenski snop i ograničivač snopa u liniji sa središtem vidnog polja detektora. Skenirajte uzorak horizontalno i rotirajte uzorak za 180°. SR-XRD-CT slike su rekonstruisane s vršnim intenzitetima minerala kao vrijednostima piksela. Kod horizontalnog skeniranja, uzorak se obično skenira u 500-1000 koraka.
Za sve eksperimente, energija X-zraka je fiksirana na 30 keV, budući da je to donja granica prodiranja X-zraka u meteorite promjera oko 6 mm. Broj slika dobijenih za sva CT mjerenja tokom rotacije od 180° bio je 1800 (3600 za offset CT program), a vrijeme ekspozicije za slike bilo je 100 ms za WL mod, 300 ms za NH mod, 500 ms za XRD i 50 ms za XRD-CT ms. Tipično vrijeme skeniranja uzorka je oko 10 minuta u WL modu, 15 minuta u NH modu, 3 sata za XRD i 8 sati za SR-XRD-CT.
CT slike su rekonstruisane konvolucijskom povratnom projekcijom i normalizovane za linearni koeficijent atenuacije od 0 do 80 cm-1. Za analizu 3D podataka korišten je Slice softver, a za analizu XRD podataka muXRD softver.
Čestice Ryugu-a (A0029, A0037, C0009, C0014 i C0068) fiksirane epoksidom su postepeno polirane na površini do nivoa dijamantskog filma debljine 0,5 µm (3M) pod suhim uslovima, izbjegavajući kontakt materijala sa površinom tokom procesa poliranja. Polirana površina svakog uzorka je prvo pregledana svjetlosnom mikroskopijom, a zatim povratno raspršenim elektronima kako bi se dobile mineraloške i teksturne slike (BSE) uzoraka i kvalitativna NIPR slika pomoću JEOL JSM-7100F SEM-a opremljenog energetski disperzivnim spektrometrom (AZtec). Za svaki uzorak, sadržaj glavnih i sporednih elemenata je analiziran pomoću mikroanalizatora sa elektronskom sondom (EPMA, JEOL JXA-8200). Analizirane su čestice filosilikata i karbonata na 5 nA, prirodni i sintetički standardi na 15 keV, sulfidi, magnetit, olivin i piroksen na 30 nA. Modalni stepeni su izračunati iz mapa elemenata i BSE slika korištenjem softvera ImageJ 1.53 sa odgovarajućim pragovima proizvoljno postavljenim za svaki mineral.
Analiza izotopa kisika provedena je na Otvorenom univerzitetu (Milton Keynes, UK) korištenjem infracrvenog laserskog sistema za fluoriranje. Uzorci Hayabusa2 dostavljeni su na Otvoreni univerzitet 38 u kontejnerima napunjenim dušikom za prijenos između ustanova.
Ubacivanje uzorka je izvršeno u kutiji za rukavice s dušikom s praćenim nivoom kisika ispod 0,1%. Za analitički rad Hayabusa2, izrađen je novi držač uzorka Ni, koji se sastoji od samo dva otvora za uzorak (promjera 2,5 mm, dubine 5 mm), jednog za čestice Hayabusa2 i drugog za interni standard opsidijana. Tokom analize, spremnik za uzorak koji sadrži materijal Hayabusa2 bio je prekriven unutrašnjim prozorom BaF2 debljine približno 1 mm i promjera 3 mm kako bi se uzorak držao tokom laserske reakcije. Protok BrF5 do uzorka održavao se kanalom za miješanje plina izrezanim u držaču uzorka Ni. Komora za uzorak je također rekonfigurirana tako da se mogla ukloniti iz vakuumske linije za fluoriranje, a zatim otvoriti u kutiji za rukavice napunjenoj dušikom. Dvodjelna komora je zapečaćena bakrenim kompresijskim zaptivačem i EVAC brzootpuštajućom CeFIX 38 stezaljkom. Prozor BaF2 debljine 3 mm na vrhu komore omogućava istovremeno posmatranje uzorka i laserskog zagrijavanja. Nakon ubacivanja uzorka, ponovo stegnite komoru i ponovo je spojite na fluoriranu liniju. Prije analize, komora za uzorke je zagrijavana pod vakuumom na oko 95°C preko noći kako bi se uklonila sva adsorbirana vlaga. Nakon zagrijavanja preko noći, komora je ostavljena da se ohladi na sobnu temperaturu, a zatim je dio izložen atmosferi tokom prijenosa uzorka pročišćen s tri alikvota BrF5 kako bi se uklonila vlaga. Ovi postupci osiguravaju da uzorak Hayabusa 2 nije izložen atmosferi i da nije kontaminiran vlagom iz dijela fluorirane linije koji se ispušta u atmosferu tokom utovara uzorka.
Uzorci čestica Ryugu C0014-4 i Orgueil (CI) analizirani su u modificiranom "jednostrukom" modu42, dok je analiza Y-82162 (CY) provedena na jednom pladnju s više uzorka41. Zbog njihovog bezvodnog sastava, nije potrebno koristiti jednu metodu za CY hondrite. Uzorci su zagrijavani pomoću infracrvenog CO2 lasera Photon Machines Inc. snage 50 W (10,6 µm) postavljenog na XYZ portal u prisustvu BrF5. Ugrađeni video sistem prati tok reakcije. Nakon fluoriranja, oslobođeni O2 je pročišćen pomoću dvije kriogene dušikove zamke i zagrijanog sloja KBr kako bi se uklonio višak fluora. Izotopski sastav pročišćenog kisika analiziran je na Thermo Fisher MAT 253 dvokanalnom masenom spektrometru s masenom rezolucijom od oko 200.
U nekim slučajevima, količina plinovitog O2 oslobođenog tokom reakcije uzorka bila je manja od 140 µg, što je približna granica korištenja uređaja s mijehom na masenom spektrometru MAT 253. U tim slučajevima, za analizu koristite mikrovolume. Nakon analize čestica Hayabusa2, interni standard opsidijana je fluoriran i određen je njegov izotopski sastav kisika.
Ioni NF+ NF3+ fragmenta interferiraju sa snopom mase 33 (16O17O). Kako bi se eliminirao ovaj potencijalni problem, većina uzoraka se obrađuje korištenjem kriogenih postupaka separacije. To se može učiniti u smjeru naprijed prije MAT 253 analize ili kao druga analiza vraćanjem analiziranog gasa nazad u specijalno molekularno sito i ponovnim propuštanjem nakon kriogenog odvajanja. Kriogeno odvajanje uključuje dovod gasa u molekularno sito na temperaturi tečnog azota, a zatim njegovo ispuštanje u primarno molekularno sito na temperaturi od -130°C. Opsežna testiranja su pokazala da NF+ ostaje na prvom molekularnom situ i da se ovom metodom ne događa značajno frakcionisanje.
Na osnovu ponovljenih analiza naših internih standarda opsidijana, ukupna tačnost sistema u modu mijeha je: ±0,053‰ za δ17O, ±0,095‰ za δ18O, ±0,018‰ za Δ17O (2 sd). Analiza izotopa kisika data je u standardnoj delta notaciji, gdje se delta18O izračunava kao:
Također koristite omjer 17O/16O za δ17O. VSMOW je međunarodni standard za Bečki standard srednje morske vode. Δ17O predstavlja odstupanje od linije frakcioniranja Zemlje, a formula za izračun je: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Svi podaci prikazani u Dodatnoj tabeli 3 su prilagođeni za praznine.
Presjeci debljine približno 150 do 200 nm ekstrahovani su iz Ryugu čestica korištenjem Hitachi High Tech SMI4050 FIB instrumenta u JAMSTEC-u, Kochi Core Sampling Institute. Treba napomenuti da su svi FIB presjeci dobijeni iz neobrađenih fragmenata neobrađenih čestica nakon što su uklonjeni iz posuda napunjenih N2 plinom radi međuobjektnog prijenosa. Ovi fragmenti nisu mjereni SR-CT-om, već su obrađeni uz minimalno izlaganje Zemljinoj atmosferi kako bi se izbjegla potencijalna oštećenja i kontaminacija koja bi mogla utjecati na K-ivicu ugljika. Nakon nanošenja zaštitnog sloja volframa, područje od interesa (do 25 × 25 μm2) je izrezano i stanjuno Ga+ ionskim snopom pri ubrzavajućem naponu od 30 kV, zatim na 5 kV i struji sonde od 40 pA kako bi se minimiziralo oštećenje površine. Ultratanki presjeci su zatim postavljeni na uvećanu bakrenu mrežu (Kochi mreža) 39 korištenjem mikromanipulatora opremljenog FIB-om.
Peleti Ryugu A0098 (1,6303 mg) i C0068 (0,6483 mg) su dva puta zapečaćeni u listovima čistog polietilena visoke čistoće u komori za rukavice ispunjenoj čistim dušikom na SPring-8 bez ikakve interakcije sa Zemljinom atmosferom. Priprema uzorka za JB-1 (referentna geološka stijena koju je izdao Geološki zavod Japana) izvršena je na Metropolitanskom univerzitetu u Tokiju.
INAA se održava u Institutu za integrirane radijacijske i nuklearne nauke Univerziteta u Kjotu. Uzorci su ozračeni dva puta s različitim ciklusima ozračivanja odabranim prema vremenu poluraspada nuklida korištenog za kvantifikaciju elemenata. Prvo, uzorak je ozračen u pneumatskoj cijevi za ozračivanje tokom 30 sekundi. Fluksuzi termalnih i brzih neutrona na slici 3 su 4,6 × 1012 i 9,6 × 1011 cm-2 s-1, respektivno, za određivanje sadržaja Mg, Al, Ca, Ti, V i Mn. Hemikalije poput MgO (čistoća 99,99%, Soekawa Chemical), Al (čistoća 99,9%, Soekawa Chemical) i metal Si (čistoća 99,999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical) također su ozračene kako bi se korigirale interferirajuće nuklearne reakcije kao što je (n, n). Uzorak je također ozračen natrijum hloridom (čistoća 99,99%; MANAC) kako bi se korigirale promjene u neutronskom fluksu.
Nakon neutronskog zračenja, vanjski polietilenski sloj je zamijenjen novim, a gama zračenje koje emituju uzorak i referenca odmah je izmjereno Ge detektorom. Isti uzorci su ponovo ozračeni 4 sata u pneumatskoj cijevi za ozračivanje. Slika 2 ima termalni i brzi neutronski fluks od 5,6 x 1012 i 1,2 x 1012 cm-2 s-1, respektivno, za određivanje Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, sadržaja Se, Sb, Os, Ir i Au. Kontrolni uzorci Ga, As, Se, Sb, Os, Ir i Au su ozračeni nanošenjem odgovarajućih količina (od 10 do 50 μg) standardnih rastvora poznatih koncentracija ovih elemenata na dva komada filter papira, nakon čega je uslijedilo ozračivanje uzoraka. Brojanje gama zraka je izvršeno u Institutu za integrirane radijacijske i nuklearne nauke Univerziteta u Kjotu i Istraživačkom centru RI Univerziteta u Tokiju. Analitički postupci i referentni materijali za kvantitativno određivanje INAA elemenata su isti kao oni opisani u našem prethodnom radu.
Za prikupljanje difrakcijskih obrazaca uzoraka Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) na NIPR-u korišten je rendgenski difraktometar (Rigaku SmartLab). Za prikupljanje difrakcijskih obrazaca uzoraka Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) na NIPR-u korišten je rendgenski difraktometar (Rigaku SmartLab). Rentgenovski difraktometar (Rigaku SmartLab) koristio je za prikupljanje difrakcionih slika slika Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) u NIPR. Za prikupljanje difrakcijskih obrazaca uzoraka Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) u NIPR-u korišten je rendgenski difraktometar (Rigaku SmartLab).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) 皰使用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) 皰 Difraktogramski obrazci Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) i C0087 (<1 mg) su dobijeni u NIPR pomoću rentgenskog difraktometra (Rigaku SmartLab). Rendgenski difraktogrami uzoraka Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) i C0087 (<1 mg) dobijeni su na NIPR-u korištenjem rendgenskog difraktometra (Rigaku SmartLab).Svi uzorci su samljeveni u fini prah na silicijumskoj nereflektujućoj pločici pomoću safirne staklene ploče, a zatim ravnomjerno raspoređeni po silicijumskoj nereflektujućoj pločici bez ikakve tečnosti (vode ili alkohola). Uslovi mjerenja su sljedeći: Cu Kα rendgensko zračenje se generiše pri naponu cijevi od 40 kV i struji cijevi od 40 mA, granična dužina proreza je 10 mm, ugao divergencije je (1/6)°, brzina rotacije u ravni je 20 rpm, a raspon je 2θ (dvostruki Bragg-ov ugao) je 3-100° i potrebno je oko 28 sati za analizu. Korištena je Bragg Brentano optika. Detektor je jednodimenzionalni silicijumski poluprovodnički detektor (D/teX Ultra 250). Rendgenski zraci Cu Kβ su uklonjeni pomoću Ni filtera. Koristeći dostupne uzorke, mjerenja sintetičkog magnezijumskog saponita (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentina (lisni serpentin, Miyazu, Nikka) i pirotita (monoklinski 4C, Chihua, Mexico Watts) su upoređena kako bi se identificirali vrhovi i koristili podaci difrakcije iz datoteke praha iz Međunarodnog centra za difrakcijske podatke, dolomita (PDF 01-071-1662) i magnetita (PDF 00-019-0629). Podaci difrakcije sa Ryugua su također upoređeni s podacima o hidroalteriranim ugljičnim hondritima, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 i Y 980115 CY (faza zagrijavanja III, 500–750°C). Poređenje je pokazalo sličnosti s Orgueilom, ali ne i s Y-791198 i Y 980115.
NEXAFS spektri sa K rubom ugljika ultratankih presjeka uzoraka napravljenih od FIB-a mjereni su korištenjem STXM BL4U kanala na UVSOR sinhrotronskom postrojenju u Institutu za molekularne nauke (Okazaki, Japan). Veličina tačke snopa optički fokusiranog Fresnelovom zonskom pločom je približno 50 nm. Energetski korak je 0,1 eV za finu strukturu područja blizu ruba (283,6–292,0 eV) i 0,5 eV (280,0–283,5 eV i 292,5–300,0 eV) za prednje i zadnje regije. Vrijeme za svaki piksel slike postavljeno je na 2 ms. Nakon evakuacije, STXM analitička komora je napunjena helijumom pod pritiskom od oko 20 mbar. Ovo pomaže u minimiziranju termalnog drifta rendgenske optičke opreme u komori i držaču uzorka, kao i u smanjenju oštećenja i/ili oksidacije uzorka. NEXAFS K-edge ugljenični spektri su generisani iz složenih podataka korištenjem aXis2000 softvera i vlasničkog STXM softvera za obradu podataka. Treba napomenuti da se kutija za prenos uzorka i kutija za rukavice koriste kako bi se izbjegla oksidacija i kontaminacija uzorka.
Nakon STXM-NEXAFS analize, izotopski sastav vodika, ugljika i dušika Ryugu FIB kriški analiziran je korištenjem izotopskog snimanja s JAMSTEC NanoSIMS 50L. Fokusirani primarni snop Cs+ od oko 2 pA za analizu izotopa ugljika i dušika i oko 13 pA za analizu izotopa vodika rasteriziran je na površini od oko 24 × 24 µm2 do 30 × 30 µm2 na uzorku. Nakon 3-minutnog predraspršivanja relativno jakom strujom primarnog snopa, svaka analiza je započeta nakon stabilizacije intenziteta sekundarnog snopa. Za analizu izotopa ugljika i dušika, slike 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– i 12C15N– istovremeno su dobivene korištenjem multipleks detekcije sa sedam elektronskih multiplikatora s masenom rezolucijom od približno 9000, što je dovoljno za odvajanje svih relevantnih izotopskih spojeva. interferencija (tj. 12C1H na 13C i 13C14N na 12C15N). Za analizu izotopa vodika, dobivene su 1H-, 2D- i 12C- slike s masenom rezolucijom od približno 3000 s višestrukom detekcijom korištenjem tri elektronska multiplikatora. Svaka analiza se sastoji od 30 skeniranih slika istog područja, pri čemu jedna slika sadrži 256 × 256 piksela za analizu izotopa ugljika i dušika i 128 × 128 piksela za analizu izotopa vodika. Vrijeme kašnjenja je 3000 µs po pikselu za analizu izotopa ugljika i dušika i 5000 µs po pikselu za analizu izotopa vodika. Koristili smo 1-hidroksibenzotriazol hidrat kao standarde izotopa vodika, ugljika i dušika za kalibraciju instrumentalnog frakcioniranja mase45.
Za određivanje izotopskog sastava silicija u presolarnom grafitu u profilu FIB C0068-25, koristili smo šest elektronskih multiplikatora s masenom rezolucijom od oko 9000. Slike se sastoje od 256 × 256 piksela s vremenom kašnjenja od 3000 µs po pikselu. Kalibrirali smo instrument za frakcioniranje mase koristeći silicijumske pločice kao standarde izotopa vodika, ugljika i silicija.
Izotopske slike su obrađene korištenjem NASA-inog NanoSIMS45 softvera za obradu slika. Podaci su korigovani za mrtvo vrijeme elektronskog multiplikatora (44 ns) i efekte kvazi-simultanog dolaska. Različito poravnanje skeniranja za svaku sliku radi korekcije pomjeranja slike tokom akvizicije. Konačna izotopska slika se kreira dodavanjem sekundarnih jona iz svake slike za svaki piksel skeniranja.
Nakon STXM-NEXAFS i NanoSIMS analize, isti FIB presjeci su ispitani korištenjem transmisionog elektronskog mikroskopa (JEOL JEM-ARM200F) pri ubrzavajućem naponu od 200 kV u Kochiju, JAMSTEC. Mikrostruktura je posmatrana korištenjem TEM-a u svijetlom polju i TEM-a pod visokim uglom skeniranja u tamnom polju. Mineralne faze su identificirane pomoću tačkaste elektronske difrakcije i snimanja rešetkastih traka, a hemijska analiza je provedena EDS-om sa 100 mm2 silicijumskim drift detektorom i JEOL Analysis Station 4.30 softverom. Za kvantitativnu analizu, karakteristični intenzitet X-zraka za svaki element je mjeren u TEM režimu skeniranja sa fiksnim vremenom akvizicije podataka od 30 s, površinom skeniranja snopa od ~100 × 100 nm2 i strujom snopa od 50 pA. Odnos (Si + Al)-Mg-Fe u slojevitim silikatima određen je korištenjem eksperimentalnog koeficijenta k, korigovanog za debljinu, dobijenog iz standarda prirodnog piropagarnata.
Sve slike i analize korištene u ovoj studiji dostupne su na JAXA sistemu za arhiviranje i komunikaciju podataka (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Ovaj članak pruža originalne podatke.
Kitari, K. i dr. Površinski sastav asteroida 162173 Ryugu, kako ga je posmatrao instrument Hayabusa2 NIRS3. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Ugljični hondriti (CY) tipa Yamato: analozi površine asteroida Ryugu? Geohemija 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. i dr. Prva analiza sastava uzoraka sa ostrva Ryugu izvršena je korištenjem hiperspektralnog mikroskopa MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. i dr. Preliminarna analiza uzorka Hyabusa2 vraćenog sa asteroida C-tipa Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).