Tak fordi du besøger Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset CSS-understøttelse. For at få den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer). I mellemtiden, for at sikre fortsat support, vil vi gengive webstedet uden typografier og JavaScript.
Flygtige og rige på organisk materiale kan C-type asteroider være en af ​​de vigtigste vandkilder på Jorden. I øjeblikket giver kulstofholdige kondritter den bedste idé om deres kemiske sammensætning, men information om meteoritter er forvrænget: kun de mest holdbare typer overlever, når de kommer ind i atmosfæren og derefter interagerer med jordens miljø. Her præsenterer vi resultaterne af en detaljeret volumetrisk og mikroanalytisk undersøgelse af den primære Ryugu-partikel, der blev leveret til Jorden af ​​Hayabusa-2-rumfartøjet. Ryugu-partiklerne viser en tæt overensstemmelse i sammensætning med kemisk ufraktionerede, men vandændrede CI (Iwuna-type) kondritter, som er meget anvendt som en indikator for solsystemets samlede sammensætning. Denne prøve viser et komplekst rumligt forhold mellem rige alifatiske organiske stoffer og lagdelte silikater og indikerer en maksimal temperatur på omkring 30 °C under vanderosion. Vi fandt en overflod af deuterium og diazonium, der stemmer overens med en ekstrasolar oprindelse. Ryugu-partikler er det mest uforurenede og uadskillelige fremmede materiale, der nogensinde er undersøgt, og de passer bedst til solsystemets samlede sammensætning.
Fra juni 2018 til november 2019 udførte det japanske luftfartsagenturs (JAXA) Hayabusa2-rumfartøj en omfattende fjernundersøgelse af asteroiden Ryugu. Data fra Near Infrared Spectrometer (NIRS3) på Hayabusa-2 antyder, at Ryugu kan være sammensat af et materiale, der ligner termisk og/eller chokmetamorfe kulstofholdige kondritter. Det nærmeste match er CY-kondrit (Yamato-type) 2. Ryugus lave albedo kan forklares ved tilstedeværelsen af ​​et stort antal kulstofrige komponenter, samt partikelstørrelse, porøsitet og rumlige forvitringseffekter. Hayabusa-2-rumfartøjet foretog to landinger og prøveindsamling på Ryuga. Under den første landing den 21. februar 2019 blev der indsamlet overflademateriale, som blev opbevaret i rum A i returkapslen, og under den anden landing den 11. juli 2019 blev der indsamlet materiale nær et kunstigt krater dannet af en lille bærbar nedslagsanordning. Disse prøver opbevares i afdeling C. Indledende ikke-destruktiv karakterisering af partiklerne i fase 1 i specielle, uforurenede og rene nitrogenfyldte kamre på JAXA-forvaltede faciliteter indikerede, at Ryugu-partiklerne mest lignede CI4-kondritter og udviste "forskellige niveauer af variation"3. Den tilsyneladende modstridende klassificering af Ryugu, der ligner CY- eller CI-kondritter, kan kun afklares ved detaljeret isotopisk, elementær og mineralogisk karakterisering af Ryugu-partikler. Resultaterne præsenteret her giver et solidt grundlag for at bestemme, hvilken af ​​disse to foreløbige forklaringer på den samlede sammensætning af asteroiden Ryugu der er mest sandsynlige.
Otte Ryugu-pellets (ca. 60 mg i alt), fire fra Kammer A og fire fra Kammer C, blev tildelt Fase 2 for at lede Kochi-teamet. Hovedformålet med studiet er at belyse asteroiden Ryugus natur, oprindelse og evolutionære historie og at dokumentere ligheder og forskelle med andre kendte udenjordiske prøver såsom kondritter, interplanetariske støvpartikler (IDP'er) og tilbagevendende kometer. Prøver indsamlet af NASAs Stardust-mission.
Detaljeret mineralogisk analyse af fem Ryugu-korn (A0029, A0037, C0009, C0014 og C0068) viste, at de hovedsageligt består af fin- og grovkornede fyllosilikater (~64-88 vol.%; fig. 1a, b, supplerende fig. 1). og yderligere tabel 1). Grovkornede fyllosilikater forekommer som finnede aggregater (op til ti mikrometer i størrelse) i finkornede, fyllosilikatrige matricer (mindre end et par mikrometer i størrelse). Lagdelte silikatpartikler er serpentin-saponit-symbionter (fig. 1c). (Si + Al)-Mg-Fe-kortet viser også, at den bulklagdelte silikatmatrix har en mellemliggende sammensætning mellem serpentin og saponit (fig. 2a, b). Phyllosilikatmatricen indeholder karbonatmineraler (~2-21 vol.%), sulfidmineraler (~2,4-5,5 vol.%) og magnetit (~3,6-6,8 vol.%). En af de partikler, der blev undersøgt i denne undersøgelse (C0009), indeholdt en lille mængde (~0,5 vol.%) vandfri silikater (olivin og pyroxen), hvilket kan hjælpe med at identificere kildematerialet, der udgjorde den rå Ryugu-sten5. Dette vandfri silikat er sjældent i Ryugu-pellets og blev kun positivt identificeret i C0009-pelleten. Karbonater er til stede i matricen som fragmenter (mindre end et par hundrede mikron), hovedsageligt dolomit, med små mængder calciumcarbonat og brinell. Magnetit forekommer som isolerede partikler, framboider, plaques eller sfæriske aggregater. Sulfider er hovedsageligt repræsenteret af pyrrhotit i form af uregelmæssige sekskantede prismer/plader eller lægter. Matricen indeholder en stor mængde submikron pentlandit eller i kombination med pyrrhotit. Kulstofrige faser (<10 µm i størrelse) forekommer ubikvitært i den fyllosilikatrige matrix. Kulstofrige faser (<10 µm i størrelse) forekommer ubikvitært i den fyllosilikatrige matrix. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой philлосиликатами матрице. Kulstofrige faser (<10 µm i størrelse) forekommer ubikvitært i den fyllosilikatrige matrix.富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。 Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) преобладают в богатой philлосиликатами матрице. Kulstofrige faser (<10 µm i størrelse) dominerer i den fyllosilikatrige matrix.Andre hjælpemineraler er vist i Supplerende Tabel 1. Listen over mineraler bestemt ud fra røntgendiffraktionsmønsteret for blandingen C0087 og A0029 og A0037 er meget konsistent med den, der er bestemt i CI (Orgueil) kondritten, men adskiller sig meget fra CY- og CM (Mighei-type) kondritterne (Figur 1 med udvidede data og Supplerende Figur 2). Det samlede elementindhold i Ryugu-korn (A0098, C0068) er også konsistent med kondrit 6 CI (udvidede data, Fig. 2 og Supplerende Tabel 2). I modsætning hertil er CM-kondritter udtømt i moderat og meget flygtige elementer, især Mn og Zn, og højere i ildfaste elementer7. Koncentrationerne af nogle elementer varierer meget, hvilket kan være en afspejling af den iboende heterogenitet i prøven på grund af den lille størrelse af individuelle partikler og den resulterende prøveudtagningsbias. Alle petrologiske, mineralogiske og elementære karakteristika indikerer, at Ryugu-korn er meget lig kondritter CI8,9,10. En bemærkelsesværdig undtagelse er fraværet af ferrihydrit og sulfat i Ryugu-korn, hvilket tyder på, at disse mineraler i CI-kondritter blev dannet ved jordisk forvitring.
a, Komposit røntgenbillede af Mg Kα (rød), Ca Kα (grøn), Fe Kα (blå) og S Kα (gul) tørpoleret sektion C0068. Fraktionen består af lagdelte silikater (rød: ~88 vol%), carbonater (dolomit; lysegrøn: ~1,6 vol%), magnetit (blå: ~5,3 vol%) og sulfider (gul: sulfid = ~2,5% vol. essay. b, billede af konturområdet i tilbagespredte elektroner på a. Bru – umoden; Dole – dolomit; FeS er jernsulfid; Mag – magnetit; juice – fedtsten; Srp – serpentin. c, højopløsnings transmissionselektronmikroskopi (TEM) billede af en typisk saponit-serpentin-sammenvoksning, der viser serpentin- og saponit-gitterbånd på henholdsvis 0,7 nm og 1,1 nm.
Sammensætningen af ​​matrixen og det lagdelte silikat (i %) af Ryugu A0037 (røde cirkler) og C0068 (blå cirkler) partikler er vist i det ternære (Si+Al)-Mg-Fe system. a, Resultater af elektronprobemikroanalyse (EPMA) afbildet mod CI-kondritter (Ivuna, Orgueil, Alais)16 vist med gråt til sammenligning. b, Scanning TEM (STEM) og energidispersiv røntgenspektroskopi (EDS) analyse vist til sammenligning med Orgueil9 og Murchison46 meteoritter og hydreret IDP47. Finkornede og grovkornede fyllosilikater blev analyseret, hvorved små partikler af jernsulfid blev undgået. De stiplede linjer i a og b viser opløsningslinjerne for saponit og serpentin. Den jernrige sammensætning i a kan skyldes submikron jernsulfidkorn inden for de lagdelte silikatkorn, hvilket ikke kan udelukkes ved den rumlige opløsning af EPMA-analysen. Datapunkter med et højere Si-indhold end saponitten i b kan skyldes tilstedeværelsen af ​​nanostørrelsesmæssigt amorft siliciumrigt materiale i mellemrummene i fyllosilikatlaget. Antal analyser: N=69 for A0037, N=68 for EPMA, N=68 for C0068, N=19 for A0037 og N=27 for C0068 for STEM-EDS. c, isotopkort af trioxypartiklen Ryugu C0014-4 sammenlignet med kondritværdier CI (Orgueil), CY (Y-82162) og litteraturdata (CM og C2-ung)41,48,49. Vi har indhentet data for Orgueil- og Y-82162-meteoritterne. CCAM er en linje af vandfri kulstofholdige kondritmineraler, TFL er en skillelinje mellem landområder. d, Δ17O og δ18O kort af Ryugu partiklen C0014-4, CI kondrit (Orgueil) og CY kondrit (Y-82162) (denne undersøgelse). Δ17O_Ryugu: Værdien af ​​Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Gennemsnitlig Δ17O værdi for Orgueil. Δ17O_Y-82162: Gennemsnitlig Δ17O værdi for Y-82162. CI og CY data fra litteraturen 41, 48, 49 er også vist til sammenligning.
Masseisotopanalyse af ilt blev udført på en 1,83 mg prøve af materiale ekstraheret fra granulært C0014 ved laserfluorering (Metoder). Til sammenligning kørte vi syv kopier af Orgueil (CI) (total masse = 8,96 mg) og syv kopier af Y-82162 (CY) (total masse = 5,11 mg) (Supplerende Tabel 3).
Fig. 2d viser en klar adskillelse af Δ17O og δ18O mellem de gennemsnitlige vægtpartikler fra Orgueil og Ryugu sammenlignet med Y-82162. Δ17O for Ryugu C0014-4-partiklen er højere end for Orgeil-partiklen, på trods af overlapningen ved 2 standardafvigelse. Ryugu-partikler har højere Δ17O-værdier sammenlignet med Orgeil, hvilket kan afspejle sidstnævntes terrestriske forurening siden dens fald i 1864. Forvitring i det terrestriske miljø11 resulterer nødvendigvis i inkorporering af atmosfærisk ilt, hvilket bringer den samlede analyse tættere på den terrestriske fraktioneringslinje (TFL). Denne konklusion er i overensstemmelse med de mineralogiske data (diskuteret tidligere) om, at Ryugu-korn ikke indeholder hydrater eller sulfater, mens Orgeil gør.
Baseret på ovenstående mineralogiske data understøtter disse resultater en sammenhæng mellem Ryugu-korn og CI-kondritter, men udelukker en sammenhæng mellem CY-kondritter. Det faktum, at Ryugu-korn ikke er forbundet med CY-kondritter, som viser tydelige tegn på dehydreringsmineralogi, er forvirrende. Orbitale observationer af Ryugu synes at indikere, at den har gennemgået dehydrering og derfor sandsynligvis består af CY-materiale. Årsagerne til denne tilsyneladende forskel forbliver uklare. En iltisotopanalyse af andre Ryugu-partikler præsenteres i en ledsagende artikel 12. Resultaterne af dette udvidede datasæt er dog også i overensstemmelse med sammenhængen mellem Ryugu-partikler og CI-kondritter.
Ved hjælp af koordinerede mikroanalyseteknikker (supplerende figur 3) undersøgte vi den rumlige fordeling af organisk kulstof over hele overfladearealet af den fokuserede ionstrålefraktion (FIB) C0068.25 (fig. 3a-f). Finstruktur-røntgenabsorptionsspektre af kulstof (NEXAFS) ved den nære kant i sektion C0068.25, der viser adskillige funktionelle grupper – aromatisk eller C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), CH4 (287,5 eV) og C(=O)O (288,8 eV) – grafenstrukturen er fraværende ved 291,7 eV (fig. 3a), hvilket betyder en lav grad af termisk variation. Den stærke CH4-top (287,5 eV) af de partielle organiske stoffer i C0068.25 adskiller sig fra de uopløselige organiske stoffer i tidligere undersøgte kulstofholdige kondritter og ligner mere IDP14 og kometpartikler opnået med Stardust-missionen. En stærk CH-top ved 287,5 eV og en meget svag aromatisk eller C=C-top ved 285,2 eV indikerer, at organiske forbindelser er rige på alifatiske forbindelser (fig. 3a og supplerende fig. 3a). Områder rige på alifatiske organiske forbindelser er lokaliseret i grovkornede fyllosilikater, såvel som i områder med en dårlig aromatisk (eller C=C) kulstofstruktur (fig. 3c,d). I modsætning hertil viste A0037,22 (supplerende fig. 3) delvist et lavere indhold af alifatiske kulstofrige regioner. Den underliggende mineralogi af disse korn er rig på carbonater, svarende til kondrit CI 16, hvilket tyder på omfattende ændring af kildevandet (supplerende tabel 1). Oxiderende forhold vil favorisere højere koncentrationer af carbonyl- og carboxylfunktionelle grupper i organiske forbindelser forbundet med carbonater. Submikronfordelingen af ​​organiske stoffer med alifatiske kulstofstrukturer kan være meget forskellig fra fordelingen af ​​grovkornede lagdelte silikater. Der blev fundet antydninger af alifatiske organiske forbindelser forbundet med phyllosilicat-OH i Tagish Lake-meteoritten. Koordinerede mikroanalytiske data tyder på, at organisk materiale rigt på alifatiske forbindelser kan være udbredt i C-type asteroider og tæt forbundet med phyllosilicater. Denne konklusion er i overensstemmelse med tidligere rapporter om alifatiske/aromatiske CH'er i Ryugu-partikler demonstreret af MicroOmega, et nær-infrarødt hyperspektralmikroskop. Et vigtigt og uafklaret spørgsmål er, om de unikke egenskaber ved alifatiske kulstofrige organiske forbindelser forbundet med grovkornede phyllosilicater observeret i denne undersøgelse kun findes på asteroiden Ryugu.
a, NEXAFS-kulstofspektre normaliseret til 292 eV i den aromatiske (C=C) rige region (rød), i den alifatiske rige region (grøn) og i matrixen (blå). Den grå linje er Murchison 13 uopløseligt organisk spektrum til sammenligning. au, arbitrationsenhed. b, Scanning transmission røntgenmikroskopi (STXM) spektralbillede af en kulstof K-kant, der viser, at sektionen er domineret af kulstof. c, RGB-kompositplot med aromatiske (C=C) rige områder (rød), alifatiske rige områder (grøn) og matrix (blå). d, organiske stoffer rige på alifatiske forbindelser er koncentreret i grovkornet fyllosilikat, området er forstørret fra de hvide stiplede bokse i b og c. e, store nanosfærer (ng-1) i området forstørret fra den hvide stiplede boks i b og c. For: pyrrhotit. Pn: nikkel-chromit. f, Nanoskala sekundær ionmassespektrometri (NanoSIMS), billeder af elementært hydrogen (1H), kulstof (12C) og nitrogen (12C14N), billeder af elementforholdet 12C/1H og billeder af krydsisotoperne δD, δ13C og δ15N – Afsnit PG-1: præsolær grafit med ekstrem 13C-berigelse (Supplerende tabel 4).
Kinetiske studier af nedbrydning af organisk materiale i Murchison-meteoritter kan give vigtig information om den heterogene fordeling af alifatisk organisk materiale, der er rigt på Ryugu-korn. Denne undersøgelse viser, at alifatiske CH4-bindinger i organisk materiale vedvarer op til en maksimal temperatur på ca. 30 °C ved modermaterialet og/eller ændrer sig med tid-temperatur-forhold (f.eks. 200 år ved 100 °C og 0 °C i 100 millioner år). Hvis forstadiet ikke opvarmes ved en given temperatur i mere end et bestemt tidsrum, kan den oprindelige fordeling af alifatiske organiske stoffer, der er rige på fyllosilikat, bevares. Ændringer i kildebjergartens vand kan dog komplicere denne fortolkning, da den karbonatrige A0037 ikke viser nogen kulstofrige alifatiske regioner forbundet med fyllosilikater. Denne lave temperaturændring svarer nogenlunde til tilstedeværelsen af ​​kubisk feldspat i Ryugu-korn (Supplerende Tabel 1) 20.
Fraktion C0068.25 (ng-1; Fig. 3a-c,e) indeholder en stor nanosfære, der viser stærkt aromatiske (eller C=C), moderat alifatiske og svage spektre af C(=O)O og C=O. Signaturen af ​​alifatisk kulstof matcher ikke signaturen af ​​uopløselige organiske stoffer i bulk og organiske nanosfærer forbundet med kondritter (Fig. 3a)17,21. Raman- og infrarødspektroskopisk analyse af nanosfærer i Tagish-søen viste, at de består af alifatiske og oxiderede organiske forbindelser og uordnede polycykliske aromatiske organiske forbindelser med en kompleks struktur22,23. Fordi den omgivende matrix indeholder organiske stoffer, der er rige på alifatiske forbindelser, kan signaturen af ​​alifatisk kulstof i ng-1 være en analytisk artefakt. Interessant nok indeholder ng-1 indlejrede amorfe silikater (Fig. 3e), en tekstur, der endnu ikke er rapporteret for nogen udenjordiske organiske stoffer. Amorfe silikater kan være naturlige komponenter af ng-1 eller være et resultat af amorfisering af vandige/vandfri silikater ved ion- og/eller elektronstråle under analyse.
NanoSIMS-ionbilleder af C0068.25-sektionen (fig. 3f) viser ensartede ændringer i δ13C og δ15N, bortset fra præsolære korn med en stor 13C-berigelse på 30.811‰ (PG-1 i δ13C-billedet i fig. 3f) (supplerende tabel 4). Røntgenbilleder af elementære korn og TEM-billeder med høj opløsning viser kun kulstofkoncentrationen og afstanden mellem basalplanerne på 0,3 nm, hvilket svarer til grafit. Det er bemærkelsesværdigt, at værdierne for δD (841 ± 394‰) og δ15N (169 ± 95‰), beriget med alifatisk organisk materiale forbundet med grovkornede fyllosilikater, viser sig at være lidt højere end gennemsnittet for hele regionen C (δD = 528 ± 139‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) i C0068.25 (Supplerende Tabel 4). Denne observation antyder, at de alifatisk-rige organiske stoffer i grovkornede fyllosilikater kan være mere primitive end de omgivende organiske stoffer, da sidstnævnte kan have gennemgået isotopudveksling med det omgivende vand i den oprindelige masse. Alternativt kan disse isotopiske ændringer også være relateret til den indledende dannelsesproces. Det fortolkes, at finkornede lagdelte silikater i CI-kondritter blev dannet som et resultat af kontinuerlig ændring af de oprindelige grovkornede vandfri silikatklynger. Alifatisk-rigt organisk stof kan være dannet fra precursormolekyler i den protoplanetariske skive eller det interstellare medium før dannelsen af ​​solsystemet og derefter blev en smule ændret under vandskiftene i Ryugu (det store) moderlegeme. Ryugus størrelse (<1,0 km) er for lille til at opretholde den indre varme tilstrækkeligt til vandig omdannelse til dannelse af vandige mineraler25. Ryugus størrelse (<1,0 km) er for lille til at opretholde tilstrækkelig indre varme til vandig omdannelse til dannelse af vandige mineraler25. Размер (<1,0 km) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного измовизов водных минералов25. Størrelse (<1,0 km) Ryugu er for lille til at opretholde tilstrækkelig indre varme til, at vandudskiftning kan danne vandmineraler25. Ryugu 的尺寸（<1.0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成吀牴25〫牴25 Ryugu 的尺寸（<1.0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成吀牴25〫牴25 Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло for изменения воды с образованимин 2. Ryugus størrelse (<1,0 km) er for lille til at understøtte intern varme, der kan omdanne vand til dannelse af vandmineraler25.Derfor kan Ryugu-forgængere på flere titusinder af kilometer være nødvendige. Organisk materiale rigt på alifatiske forbindelser kan bevare deres oprindelige isotopforhold på grund af forbindelsen med grovkornede fyllosilikater. Den nøjagtige natur af de isotopiske tunge bærere er dog fortsat usikker på grund af den komplekse og delikate blanding af de forskellige komponenter i disse FIB-fraktioner. Disse kan være organiske stoffer rige på alifatiske forbindelser i Ryugu-granuler eller grove fyllosilikater, der omgiver dem. Bemærk, at organisk materiale i næsten alle kulstofholdige kondritter (inklusive CI-kondritter) har tendens til at være rigere på D end på fyllosilikater, med undtagelse af CM Paris 24, 26-meteoritter.
Plots af volumen δD og δ15N af FIB-skiver opnået for A0002.23 og A0002.26, A0037.22 og A0037.23 og C0068.23, C0068.25 og C0068.26 FIB-skiver (i alt syv FIB-skiver fra tre Ryugu-partikler). En sammenligning af NanoSIMS med andre objekter i solsystemet er vist i figur 4 (Supplerende Tabel 4)27,28. Volumenændringer i δD og δ15N i A0002-, A0037- og C0068-profilerne er i overensstemmelse med dem i IDP, men højere end i CM- og CI-kondritterne (figur 4). Bemærk, at intervallet af δD-værdier for Comet 29-prøven (-240 til 1655‰) er større end for Ryugu. Volumenerne δD og δ15N i Ryukyu-profilerne er som regel mindre end gennemsnittet for kometer i Jupiter-familien og Oort-skyen (fig. 4). De lavere δD-værdier for CI-kondritterne kan afspejle indflydelsen af ​​jordisk kontaminering i disse prøver. I betragtning af lighederne mellem Bells, Tagish-søen og IDP kan den store heterogenitet i δD- og δN-værdier i Ryugu-partikler afspejle ændringer i de indledende isotopiske signaturer af organiske og vandige sammensætninger i det tidlige solsystem. De lignende isotopiske ændringer i δD og δN i Ryugu- og IDP-partikler antyder, at begge kan være dannet af materiale fra samme kilde. Det antages, at IDP'er stammer fra kometære kilder 14. Derfor kan Ryugu indeholde kometlignende materiale og/eller i det mindste det ydre solsystem. Dette kan dog være vanskeligere end vi angiver her på grund af (1) blandingen af ​​sfærulitisk og D-rigt vand på moderlegemet 31 og (2) kometens D/H-forhold som funktion af kometaktivitet 32. Årsagerne til den observerede heterogenitet af hydrogen- og nitrogenisotoper i Ryugu-partikler er dog ikke fuldt ud forstået, delvist på grund af det begrænsede antal analyser, der er tilgængelige i dag. Resultaterne af hydrogen- og nitrogenisotopsystemer rejser stadig muligheden for, at Ryugu indeholder det meste af materialet fra lande uden for solsystemet og derfor kan vise en vis lighed med kometer. Ryugu-profilen viste ingen tydelig korrelation mellem δ13C og δ15N (Supplerende Tabel 4).
Den samlede isotopiske sammensætning af H og N i Ryugu-partikler (røde cirkler: A0002, A0037; blå cirkler: C0068) korrelerer med Solens magnitude 27, Jupiter-middelfamilien (JFC27) og Oort-skyens kometer (OCC27), IDP28 og kulstofholdige kondruler. Sammenligning af meteorit 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Den isotopiske sammensætning er angivet i den supplerende tabel 4. De stiplede linjer er de terrestriske isotopværdier for H og N.
Transporten af ​​flygtige stoffer (f.eks. organisk materiale og vand) til Jorden er fortsat en bekymring26,27,33. Submikron organisk materiale forbundet med grove fyllosilikater i Ryugu-partikler identificeret i denne undersøgelse kan være en vigtig kilde til flygtige stoffer. Organisk materiale i grovkornede fyllosilikater er bedre beskyttet mod nedbrydning16,34 og henfald35 end organisk materiale i finkornede matricer. Den tungere isotopiske sammensætning af brint i partiklerne betyder, at det er usandsynligt, at de er den eneste kilde til flygtige stoffer, der føres til den tidlige Jord. De kan blandes med komponenter med en lettere brintisotopisk sammensætning, som det for nylig blev foreslået i hypotesen om tilstedeværelsen af ​​solvinddrevet vand i silikater.
I denne undersøgelse viser vi, at CI-meteoritter, på trods af deres geokemiske betydning som repræsentanter for solsystemets samlede sammensætning,6,10 er terrestriske kontaminerede prøver. Vi leverer også direkte beviser for interaktioner mellem rigt alifatisk organisk materiale og tilstødende vandige mineraler og antyder, at Ryugu kan indeholde ekstrasolært materiale37. Resultaterne af denne undersøgelse demonstrerer tydeligt vigtigheden af ​​direkte prøveudtagning af protosteroider og behovet for at transportere returnerede prøver under fuldstændig inerte og sterile forhold. De beviser, der præsenteres her, viser, at Ryugu-partikler utvivlsomt er et af de mest uforurenede materialer i solsystemet, der er tilgængelige til laboratorieforskning, og yderligere undersøgelse af disse værdifulde prøver vil utvivlsomt udvide vores forståelse af tidlige processer i solsystemet. Ryugu-partikler er den bedste repræsentation af solsystemets samlede sammensætning.
For at bestemme den komplekse mikrostruktur og de kemiske egenskaber af prøver på submikronskala anvendte vi synkrotronstrålingsbaseret computertomografi (SR-XCT) og SR-røntgendiffraktion (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM-analyse. Ingen nedbrydning, forurening på grund af jordens atmosfære og ingen skader fra fine partikler eller mekaniske prøver. I mellemtiden har vi udført systematisk volumetrisk analyse ved hjælp af scanningselektronmikroskopi (SEM)-EDS, EPMA, XRD, instrumentel neutronaktiveringsanalyse (INAA) og laserudstyr til fluorering af oxygenisotoper. Analyseprocedurerne er vist i den supplerende figur 3, og hvert assay er beskrevet i de følgende afsnit.
Partikler fra asteroiden Ryugu blev udvundet fra Hayabusa-2-reentry-modulet og leveret til JAXA Control Center i Sagamihara, Japan, uden at forurene Jordens atmosfære4. Efter indledende og ikke-destruktiv karakterisering på et JAXA-forvaltet anlæg skal der anvendes forseglede overførselsbeholdere mellem steder og prøvekapselposer (safirglas med en diameter på 10 eller 15 mm og rustfrit stål, afhængigt af prøvestørrelse) for at undgå miljøpåvirkning, forurenende stoffer fra miljøet og/eller jorden (f.eks. vanddamp, kulbrinter, atmosfæriske gasser og fine partikler) samt krydskontaminering mellem prøver under prøveforberedelse og transport mellem institutter og universiteter38. For at undgå nedbrydning og forurening på grund af interaktion med jordens atmosfære (vanddamp og ilt) blev alle typer prøveforberedelse (inklusive flisning med en tantalmejsel, brug af en afbalanceret diamantwiresav (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) og skæreepoxy og forberedelse til installation) udført i handskerummet under ren, tør N2 (dugpunkt: -80 til -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Alle anvendte genstande rengøres med en kombination af ultrarent vand og ethanol ved hjælp af ultralydsbølger med forskellige frekvenser.
Her studerer vi meteoritsamlingen fra National Polar Research Institute (NIPR) fra Antarctic Meteorite Research Center (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 og CY: Y 980115).
Til overførsel mellem instrumenter til SR-XCT-, NanoSIMS-, STXM-NEXAFS- og TEM-analyse anvendte vi den universelle ultratynde prøveholder, der er beskrevet i tidligere studier38.
SR-XCT-analyse af Ryugu-prøver blev udført ved hjælp af det integrerede BL20XU/SPring-8 CT-system. Det integrerede CT-system består af forskellige måletilstande: bredt synsfelt og lav opløsning (WL) til at indfange hele prøvens struktur, smalt synsfelt og høj opløsning (NH) til nøjagtig måling af prøvearealet. Der tages interessebilleder og røntgenbilleder for at opnå et diffraktionsmønster af prøvens volumen og udførelse af XRD-CT for at opnå et 2D-diagram af de vandrette plane mineralfaser i prøven. Bemærk, at alle målinger kan udføres uden at bruge det indbyggede system til at fjerne prøveholderen fra basen, hvilket muliggør nøjagtige CT- og XRD-CT-målinger. WL-mode røntgendetektoren (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) var udstyret med et yderligere 4608 × 4608 pixel metal-oxid-halvleder (CMOS) kamera (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) med en scintillator bestående af 10 lutetium aluminium granat enkeltkrystaltykkelse µm (Lu3Al5O12:Ce) og en relælinse. Pixelstørrelsen i WL-mode er ca. 0,848 µm. Således er synsfeltet (FOV) i WL-mode ca. 6 mm i offset CT-mode. NH-mode røntgendetektoren (BM AA50; Hamamatsu Photonics) var udstyret med en 20 µm tyk gadolinium-aluminium-gallium granat (Gd3Al2Ga3O12) scintillator, et CMOS-kamera (C11440-22CU) med en opløsning på 2048 × 2048 pixels; Hamamatsu Photonics) og en ×20 linse. Pixelstørrelsen i NH-tilstand er ~0,25 µm, og synsfeltet er ~0,5 mm. Detektoren til XRD-tilstand (BM AA60; Hamamatsu Photonics) var udstyret med en scintillator bestående af en 50 µm tyk P43 (Gd2O2S:Tb) pulverskærm, et CMOS-kamera med en opløsning på 2304 × 2304 pixels (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) og en relælinse. Detektoren har en effektiv pixelstørrelse på 19,05 µm og et synsfelt på 43,9 mm2. For at øge synsfeltet anvendte vi en offset CT-procedure i WL-tilstand. Det transmitterede lysbillede til CT-rekonstruktion består af et billede i området 180° til 360° reflekteret vandret omkring rotationsaksen, og et billede i området 0° til 180°.
I XRD-tilstand fokuseres røntgenstrålen af ​​en Fresnel-zoneplade. I denne tilstand er detektoren placeret 110 mm bag prøven, og strålestoppet er 3 mm foran detektoren. Diffraktionsbilleder i 2θ-området fra 1,43° til 18,00° (gitterafstand d = 16,6-1,32 Å) blev opnået med røntgenpletten fokuseret i bunden af ​​detektorens synsfelt. Prøven bevæger sig lodret med regelmæssige intervaller med en halv drejning for hvert lodret scanningstrin. Hvis mineralpartiklerne opfylder Bragg-betingelsen, når de roteres 180°, er det muligt at opnå diffraktion af mineralpartiklerne i det vandrette plan. Diffraktionsbillederne blev derefter kombineret til ét billede for hvert lodret scanningstrin. SR-XRD-CT-assaybetingelserne er næsten de samme som for SR-XRD-assayet. I XRD-CT-tilstand er detektoren placeret 69 mm bag prøven. Diffraktionsbilleder i 2θ-området spænder fra 1,2° til 17,68° (d = 19,73 til 1,35 Å), hvor både røntgenstrålen og strålebegrænseren er på linje med midten af ​​detektorens synsfelt. Scan prøven vandret, og drej prøven 180°. SR-XRD-CT-billederne blev rekonstrueret med peak mineralintensiteter som pixelværdier. Ved vandret scanning scannes prøven typisk i trin på 500-1000.
For alle eksperimenter blev røntgenenergien fastsat til 30 keV, da dette er den nedre grænse for røntgenpenetration i meteoritter med en diameter på ca. 6 mm. Antallet af billeder erhvervet for alle CT-målinger under 180° rotation var 1800 (3600 for offset CT-programmet), og eksponeringstiden for billederne var 100 ms for WL-tilstand, 300 ms for NH-tilstand, 500 ms for XRD og 50 ms for XRD-CT. Typisk prøvescanningstid er ca. 10 minutter i WL-tilstand, 15 minutter i NH-tilstand, 3 timer for XRD og 8 timer for SR-XRD-CT.
CT-billeder blev rekonstrueret ved konvolutionel tilbageprojektion og normaliseret for en lineær dæmpningskoefficient fra 0 til 80 cm-1. Slice-softwaren blev brugt til at analysere 3D-dataene, og muXRD-softwaren blev brugt til at analysere XRD-dataene.
Epoxyfikserede Ryugu-partikler (A0029, A0037, C0009, C0014 og C0068) blev gradvist poleret på overfladen til niveauet af en 0,5 µm (3M) diamantoverlapningsfilm under tørre forhold, hvorved materialet ikke kom i kontakt med overfladen under poleringsprocessen. Den polerede overflade af hver prøve blev først undersøgt ved hjælp af lysmikroskopi og derefter med tilbagespredte elektroner for at opnå mineralogi- og teksturbilleder (BSE) af prøverne og kvalitative NIPR-elementer ved hjælp af et JEOL JSM-7100F SEM udstyret med et energidispersivt spektrometer (AZtec). For hver prøve blev indholdet af større og mindre elementer analyseret ved hjælp af en elektronprobe-mikroanalysator (EPMA, JEOL JXA-8200). Analysér phyllosilicat- og karbonatpartikler ved 5 nA, naturlige og syntetiske standarder ved 15 keV, sulfider, magnetit, olivin og pyroxen ved 30 nA. Modale karakterer blev beregnet ud fra elementkort og BSE-billeder ved hjælp af ImageJ 1.53-softwaren med passende tærskler sat vilkårligt for hvert mineral.
Oxygenisotopanalyse blev udført på Open University (Milton Keynes, Storbritannien) ved hjælp af et infrarødt laserfluoreringssystem. Hayabusa2-prøver blev leveret til Open University 38 i nitrogenfyldte beholdere til overførsel mellem faciliteter.
Prøveindlæsning blev udført i en nitrogenhandskeboks med et overvåget iltniveau under 0,1%. Til Hayabusa2-analytisk arbejde blev der fremstillet en ny Ni-prøveholder, bestående af kun to prøvehuller (diameter 2,5 mm, dybde 5 mm), et til Hayabusa2-partikler og det andet til obsidian intern standard. Under analysen blev prøvebrønden, der indeholdt Hayabusa2-materialet, dækket med et internt BaF2-vindue, der var ca. 1 mm tykt og 3 mm i diameter, for at holde prøven under laserreaktionen. BrF5-strømmen til prøven blev opretholdt af en gasblandingskanal skåret i Ni-prøveholderen. Prøvekammeret blev også omkonfigureret, så det kunne fjernes fra vakuumfluoreringsledningen og derefter åbnes i en nitrogenfyldt handskeboks. Det todelte kammer blev forseglet med en kobberpakning og en EVAC Quick Release CeFIX 38-kædeklemme. Et 3 mm tykt BaF2-vindue øverst på kammeret muliggør samtidig observation af prøven og laseropvarmning. Efter indlæsning af prøven klemmes kammeret igen, og det tilsluttes igen til den fluorerede ledning. Før analyse blev prøvekammeret opvarmet under vakuum til ca. 95 °C natten over for at fjerne eventuel adsorberet fugt. Efter opvarmning natten over fik kammeret lov til at køle af til stuetemperatur, og derefter blev den del, der blev udsat for atmosfæren under prøveoverførslen, renset med tre aliquoter BrF5 for at fjerne fugt. Disse procedurer sikrer, at Hayabusa 2-prøven ikke udsættes for atmosfæren og ikke forurenes med fugt fra den del af den fluorerede linje, der udluftes til atmosfæren under prøvepåfyldning.
Ryugu C0014-4 og Orgueil (CI) partikelprøver blev analyseret i en modificeret "single" metode42, mens Y-82162 (CY) analyse blev udført på en enkelt bakke med flere prøvebrønde41. På grund af deres vandfri sammensætning er det ikke nødvendigt at bruge en enkelt metode til CY-kondritter. Prøverne blev opvarmet ved hjælp af en Photon Machines Inc. infrarød CO2-laser med en effekt på 50 W (10,6 µm) monteret på XYZ-gantryet i nærvær af BrF5. Det indbyggede videosystem overvåger reaktionsforløbet. Efter fluorering blev den frigjorte O2 skrubbet ved hjælp af to kryogene nitrogenfælder og et opvarmet leje af KBr for at fjerne overskydende fluor. Den isotopiske sammensætning af renset ilt blev analyseret på et Thermo Fisher MAT 253 dobbeltkanals massespektrometer med en masseopløsning på ca. 200.
I nogle tilfælde var mængden af ​​gasformig O2, der blev frigivet under reaktionen af ​​prøven, mindre end 140 µg, hvilket er den omtrentlige grænse for brug af bælganordningen på MAT 253 massespektrometeret. I disse tilfælde skal der anvendes mikrovolumener til analyse. Efter analyse af Hayabusa2-partiklerne blev obsidianens interne standard fluoreret, og dens oxygenisotopsammensætning blev bestemt.
Ioner fra NF+ NF3+ fragmentet interfererer med strålen med massen 33 (16O17O). For at eliminere dette potentielle problem behandles de fleste prøver ved hjælp af kryogene separationsprocedurer. Dette kan gøres i fremadgående retning før MAT 253-analysen eller som en anden analyse ved at returnere den analyserede gas til den specielle molekylsigte og lade den passere igen efter den kryogene separation. Kryogen separation involverer tilførsel af gas til en molekylsigte ved flydende nitrogentemperatur og derefter udledning af den til en primær molekylsigte ved en temperatur på -130°C. Omfattende test har vist, at NF+ forbliver på den første molekylsigte, og at der ikke forekommer nogen signifikant fraktionering ved hjælp af denne metode.
Baseret på gentagne analyser af vores interne obsidianstandarder er systemets samlede nøjagtighed i bælgtilstand: ±0,053‰ for δ17O, ±0,095‰ for δ18O, ±0,018‰ for Δ17O (2 standardafvigelse). Oxygenisotopanalyse er givet i standard delta-notation, hvor delta18O beregnes som:
Brug også forholdet 17O/16O for δ17O. VSMOW er den internationale standard for Wiener Middelhavsvandsstandarden. Δ17O repræsenterer afvigelsen fra jordens fraktioneringslinje, og beregningsformlen er: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Alle data præsenteret i den supplerende tabel 3 er blevet justeret for forskelle.
Sektioner med en tykkelse på cirka 150 til 200 nm blev ekstraheret fra Ryugu-partikler ved hjælp af et Hitachi High Tech SMI4050 FIB-instrument hos JAMSTEC, Kochi Core Sampling Institute. Bemærk, at alle FIB-sektioner blev udvundet fra ubehandlede fragmenter af ubehandlede partikler efter at være blevet fjernet fra N2-gasfyldte beholdere til overførsel mellem objekter. Disse fragmenter blev ikke målt ved SR-CT, men blev behandlet med minimal eksponering for jordens atmosfære for at undgå potentiel skade og kontaminering, der kunne påvirke kulstof K-kantspektret. Efter aflejring af et wolframbeskyttende lag blev interesseområdet (op til 25 × 25 μm2) skåret og tyndet ud med en Ga+-ionstråle ved en accelerationsspænding på 30 kV, derefter ved 5 kV og en sondestrøm på 40 pA for at minimere overfladeskader. De ultratynde sektioner blev derefter placeret på et forstørret kobbernet (Kochi-net) 39 ved hjælp af en mikromanipulator udstyret med FIB.
Ryugu A0098 (1,6303 mg) og C0068 (0,6483 mg) pellets blev forseglet to gange i rene polyethylenplader af høj renhed i en handskeboks fyldt med rent nitrogen på SPring-8 uden nogen interaktion med jordens atmosfære. Prøveforberedelse til JB-1 (en geologisk referencebjergart udstedt af Geological Survey of Japan) blev udført på Tokyo Metropolitan University.
INAA afholdes på Institute for Integrated Radiation and Nuclear Sciences, Kyoto Universitet. Prøverne blev bestrålet to gange med forskellige bestrålingscyklusser valgt i henhold til halveringstiden for den nuklid, der blev brugt til grundstofkvantificering. Først blev prøven bestrålet i et pneumatisk bestrålingsrør i 30 sekunder. Fluxerne af termiske og hurtige neutroner i fig. 3 er henholdsvis 4,6 × 1012 og 9,6 × 1011 cm-2 s-1 for at bestemme indholdet af Mg, Al, Ca, Ti, V og Mn. Kemikalier såsom MgO (99,99% renhed, Soekawa Chemical), Al (99,9% renhed, Soekawa Chemical) og Si-metal (99,999% renhed, FUJIFILM Wako Pure Chemical) blev også bestrålet for at korrigere for interfererende nukleare reaktioner såsom (n, n). Prøven blev også bestrålet med natriumklorid (99,99% renhed; MANAC) for at korrigere for ændringer i neutronfluxen.
Efter neutronbestråling blev den ydre polyethylenplade udskiftet med en ny, og gammastrålingen udsendt af prøven og referencen blev straks målt med en Ge-detektor. De samme prøver blev genbestrålet i 4 timer i et pneumatisk bestrålingsrør. 2 har termiske og hurtige neutronfluxer på henholdsvis 5,6 x 10^12 og 1,2 x 10^12 cm-2 s-1 til bestemmelse af Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, indhold af Se, Sb, Os, Ir og Au. Kontrolprøver af Ga, As, Se, Sb, Os, Ir og Au blev bestrålet ved at påføre passende mængder (fra 10 til 50 μg) standardopløsninger med kendte koncentrationer af disse elementer på to stykker filterpapir, efterfulgt af bestråling af prøverne. Gammastråletællingen blev udført på Institute of Integrated Radiation and Nuclear Sciences, Kyoto University og RI Research Center, Tokyo Metropolitan University. Analytiske procedurer og referencematerialer til kvantitativ bestemmelse af INAA-elementer er de samme som dem, der er beskrevet i vores tidligere arbejde.
Et røntgendiffraktometer (Rigaku SmartLab) blev brugt til at indsamle diffraktionsmønstrene for Ryugu-prøverne A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) og C0087 (<1 mg) ved NIPR. Et røntgendiffraktometer (Rigaku SmartLab) blev brugt til at indsamle diffraktionsmønstrene for Ryugu-prøverne A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) og C0087 (<1 mg) ved NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин образцов Ryugu A0029 (<1 мг) (<1 мг) (<1 мг) (<1 мг), A0037 (7) (7) мг) i NIPR. Et røntgendiffraktometer (Rigaku SmartLab) blev brugt til at indsamle diffraktionsmønstre af Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) og C0087 (<1 mg) prøver i NIPR.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) 和C0087 (<1 mg) 爄倡。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) 和C0087 (<1 mg) 爄倡。 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) og C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с использованием использованием (Rigaku SmartLab). Røntgendiffraktionsmønstre for prøverne Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) og C0087 (<1 mg) blev opnået ved NIPR ved hjælp af et røntgendiffraktometer (Rigaku SmartLab).Alle prøver blev malet til et fint pulver på en ikke-reflekterende siliciumwafer ved hjælp af en safirglasplade og derefter fordelt jævnt på den ikke-reflekterende siliciumwafer uden væske (vand eller alkohol). Målebetingelserne er som følger: Cu Kα røntgenstråling genereres ved en rørspænding på 40 kV og en rørstrøm på 40 mA, den begrænsende spaltelængde er 10 mm, divergensvinklen er (1/6)°, rotationshastigheden i planet er 20 rpm, og området 2θ (dobbelt Bragg-vinkel) er 3-100° og tager cirka 28 timer at analysere. Bragg Brentano-optik blev anvendt. Detektoren er en endimensionel siliciumhalvlederdetektor (D/teX Ultra 250). Røntgenstråler af Cu Kβ blev fjernet ved hjælp af et Ni-filter. Ved hjælp af tilgængelige prøver blev målinger af syntetisk magnesiansaponit (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentin (bladserpentin, Miyazu, Nikka) og pyrrhotit (monoklinisk 4C, Chihua, Mexico Watts) sammenlignet for at identificere toppe og anvende pulverfildata, diffraktionsdata fra International Center for Diffraction Data, dolomit (PDF 01-071-1662) og magnetit (PDF 00-019-0629). Diffraktionsdata fra Ryugu blev også sammenlignet med data om hydroalterede kulstofholdige kondritter, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 og Y 980115 CY (opvarmningstrin III, 500-750°C). Sammenligningen viste ligheder med Orgueil, men ikke med Y-791198 og Y 980115.
NEXAFS-spektre med kulstofkant K af ultratynde sektioner af prøver fremstillet af FIB blev målt ved hjælp af STXM BL4U-kanalen på UVSOR-synkrotronfaciliteten ved Institute of Molecular Sciences (Okazaki, Japan). Spotstørrelsen af ​​en stråle optisk fokuseret med en Fresnel-zoneplade er cirka 50 nm. Energitrinnet er 0,1 eV for den fine struktur i den nære kantregion (283,6-292,0 eV) og 0,5 eV (280,0-283,5 eV og 292,5-300,0 eV) for regionens for- og bagfronter. Tiden for hver billedpixel blev indstillet til 2 ms. Efter evakuering blev STXM-analysekammeret fyldt med helium ved et tryk på cirka 20 mbar. Dette hjælper med at minimere termisk drift af røntgenoptikudstyret i kammeret og prøveholderen, samt at reducere prøveskader og/eller oxidation. NEXAFS K-edge kulstofspektre blev genereret fra stablede data ved hjælp af aXis2000-software og proprietær STXM-databehandlingssoftware. Bemærk, at prøveoverføringskassen og handskerummet bruges til at undgå prøveoxidation og kontaminering.
Efter STXM-NEXAFS-analyse blev den isotopiske sammensætning af hydrogen, kulstof og nitrogen i Ryugu FIB-skiver analyseret ved hjælp af isotopbilleddannelse med en JAMSTEC NanoSIMS 50L. En fokuseret Cs+ primærstråle på ca. 2 pA til kulstof- og nitrogenisotopanalyse og ca. 13 pA til hydrogenisotopanalyse rasteriseres over et område på ca. 24 × 24 µm² til 30 × 30 µm² på prøven. Efter en 3-minutters forsprøjtning ved en relativt stærk primærstrålestrøm blev hver analyse startet efter stabilisering af den sekundære stråleintensitet. Til analyse af kulstof- og nitrogenisotoper blev billeder af 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– og 12C15N– opnået samtidigt ved hjælp af syv-elektronmultipleksdetektion med en masseopløsning på ca. 9000, hvilket er tilstrækkeligt til at adskille alle relevante isotopforbindelser. interferens (dvs. 12C1H på 13C og 13C14N på 12C15N). Til analyse af hydrogenisotoper blev der opnået 1H-, 2D- og 12C- billeder med en masseopløsning på cirka 3000 med multipel detektion ved hjælp af tre elektronmultiplikatorer. Hver analyse består af 30 scannede billeder af det samme område, hvor ét billede består af 256 × 256 pixels til kulstof- og nitrogenisotopanalyse og 128 × 128 pixels til hydrogenisotopanalyse. Forsinkelsestiden er 3000 µs pr. pixel til kulstof- og nitrogenisotopanalyse og 5000 µs pr. pixel til hydrogenisotopanalyse. Vi har brugt 1-hydroxybenzotriazolhydrat som hydrogen-, kulstof- og nitrogenisotopstandarder til at kalibrere instrumentel massefraktionering45.
For at bestemme siliciumisotopsammensætningen af ​​præsolær grafit i FIB C0068-25-profilen anvendte vi seks elektronmultiplikatorer med en masseopløsning på omkring 9000. Billederne består af 256 × 256 pixels med en forsinkelsestid på 3000 µs pr. pixel. Vi kalibrerede et massefraktioneringsinstrument ved hjælp af siliciumwafere som hydrogen-, kulstof- og siliciumisotopstandarder.
Isotopbilleder blev behandlet ved hjælp af NASAs NanoSIMS45-billeddannelsessoftware. Dataene blev korrigeret for elektronmultiplikatordødtid (44 ns) og kvasi-samtidige ankomsteffekter. Forskellig scanningsjustering for hvert billede for at korrigere for billeddrift under optagelse. Det endelige isotopbillede oprettes ved at tilføje sekundære ioner fra hvert billede for hver scanningspixel.
Efter STXM-NEXAFS- og NanoSIMS-analyse blev de samme FIB-sektioner undersøgt ved hjælp af et transmissionselektronmikroskop (JEOL JEM-ARM200F) ved en accelerationsspænding på 200 kV hos Kochi, JAMSTEC. Mikrostrukturen blev observeret ved hjælp af et lysfelt-TEM og et højvinkel-scannings-TEM i et mørkt felt. Mineralfaser blev identificeret ved hjælp af spotelektrondiffraktion og gitterbåndsbilleddannelse, og kemisk analyse blev udført med EDS med en 100 mm2 siliciumdriftdetektor og JEOL Analysis Station 4.30-software. Til kvantitativ analyse blev den karakteristiske røntgenintensitet for hvert element målt i TEM-scanningstilstand med en fast dataopsamlingstid på 30 s, et strålescanningsområde på ~100 × 100 nm2 og en strålestrøm på 50 pA. Forholdet (Si + Al)-Mg-Fe i lagdelte silikater blev bestemt ved hjælp af den eksperimentelle koefficient k, korrigeret for tykkelse, opnået fra en standard af naturlig pyropagarnet.
Alle billeder og analyser, der er anvendt i denne undersøgelse, er tilgængelige på JAXA Data Archiving and Communication System (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Denne artikel indeholder de originale data.
Kitari, K. et al. Overfladesammensætningen af ​​asteroiden 162173 Ryugu observeret af Hayabusa2 NIRS3-instrumentet. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Yamato-type kulstofholdige kondritter (CY): analoger til Ryugu-asteroideoverfladen? Geochemistry 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al. Den første sammensætningsanalyse af Ryugu-prøver blev udført ved hjælp af et MicroOmega hyperspektralmikroskop. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. et al. Foreløbig analyse af Hyabusa2-prøven returneret fra C-type asteroiden Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).