Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS. Pre dosiahnutie čo najlepšieho zážitku odporúčame používať aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Medzitým budeme stránku vykresľovať bez štýlov a JavaScriptu, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu.
Prchavé a bohaté na organickú hmotu, asteroidy typu C môžu byť jedným z hlavných zdrojov vody na Zemi. V súčasnosti chondrity obsahujúce uhlík poskytujú najlepšiu predstavu o ich chemickom zložení, ale informácie o meteoritoch sú skreslené: iba najodolnejšie typy prežijú vstup do atmosféry a následnú interakciu so zemským prostredím. Tu prezentujeme výsledky podrobnej volumetrickej a mikroanalytickej štúdie primárnej častice Ryugu, ktorú na Zem dopravila kozmická loď Hayabusa-2. Častice Ryugu vykazujú blízku zhodu v zložení s chemicky nefrakcionovanými, ale vodou zmenenými chondritmi CI (typ Iwuna), ktoré sa široko používajú ako indikátor celkového zloženia slnečnej sústavy. Táto vzorka vykazuje zložitý priestorový vzťah medzi bohatými alifatickými organickými látkami a vrstevnatými silikátmi a naznačuje maximálnu teplotu okolo 30 °C počas vodnej erózie. Našli sme množstvo deutéria a diazónia, čo zodpovedá extrasolárnemu pôvodu. Častice Ryugu sú najmenej kontaminovaným a neoddeliteľným cudzím materiálom, aký bol kedy študovaný, a najlepšie zodpovedajú celkovému zloženiu slnečnej sústavy.
Od júna 2018 do novembra 2019 vykonala kozmická sonda Hajabusa2 Japonskej agentúry pre prieskum vesmíru (JAXA) rozsiahly diaľkový prieskum asteroidu Rjúgu. Údaje z blízkoinfračerveného spektrometra (NIRS3) na asteroide Rjúgu naznačujú, že Rjúgu môže byť zložený z materiálu podobného tepelne a/alebo šokovo metamorfovaným uhlíkovým chondritom. Najbližšou zhodou je chondrit CY (typ Yamato) 2. Nízke albedo Rjúgu možno vysvetliť prítomnosťou veľkého množstva zložiek bohatých na uhlík, ako aj veľkosťou častíc, pórovitosťou a priestorovými účinkami zvetrávania. Kozmická sonda Hajabusa-2 vykonala na Rjúgu dve pristátia a odbery vzoriek. Počas prvého pristátia 21. februára 2019 bol získaný povrchový materiál, ktorý bol uložený v priestore A návratovej kapsuly, a počas druhého pristátia 11. júla 2019 bol materiál zozbieraný v blízkosti umelého krátera vytvoreného malým prenosným impaktorom. Tieto vzorky sú uložené na oddelení C. Počiatočná nedeštruktívna charakterizácia častíc v 1. etape v špeciálnych, nekontaminovaných a čistým dusíkom naplnených komorách v zariadeniach spravovaných JAXA ukázala, že častice Ryugu sa najviac podobali chondritom CI4 a vykazovali „rôzne úrovne variácií“3. Zdanlivo protichodnú klasifikáciu Ryugu, podobne ako chondrity CY alebo CI, možno vyriešiť iba podrobnou izotopovou, elementárnou a mineralogickou charakterizáciou častíc Ryugu. Výsledky prezentované v tomto dokumente poskytujú solídny základ pre určenie, ktoré z týchto dvoch predbežných vysvetlení celkového zloženia asteroidu Ryugu je najpravdepodobnejšie.
Osem peliet Ryugu (približne 60 mg spolu), štyri z komory A a štyri z komory C, bolo pridelených do fázy 2 na riadenie tímu Kochi. Hlavným cieľom štúdie je objasniť povahu, pôvod a evolučnú históriu asteroidu Ryugu a zdokumentovať podobnosti a rozdiely s inými známymi mimozemskými vzorkami, ako sú chondrity, medziplanetárne prachové častice (IDP) a vracajúce sa kométy. Vzorky zozbierala misia NASA Stardust.
Podrobná mineralogická analýza piatich zŕn Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 a C0068) ukázala, že sú zložené prevažne z jemnozrnných a hrubozrnných fylosilikátov (~64 – 88 obj. %; obr. 1a, b, doplnkový obr. 1) a dodatočná tabuľka 1). Hrubozrnné fylosilikáty sa vyskytujú ako perovité agregáty (s veľkosťou až desiatok mikrónov) v jemnozrnných matriciach bohatých na fylosilikáty (s veľkosťou menšou ako niekoľko mikrónov). Vrstevnaté silikátové častice sú symbionty serpentínu a saponitu (obr. 1c). Mapa (Si + Al)-Mg-Fe tiež ukazuje, že objemová vrstevnatá silikátová matrica má prechodné zloženie medzi serpentínom a saponitom (obr. 2a, b). Fylosilikátová matrica obsahuje uhličitanové minerály (~2–21 obj. %), sulfidové minerály (~2,4–5,5 obj. %) a magnetit (~3,6–6,8 obj. %). Jedna z častíc skúmaných v tejto štúdii (C0009) obsahovala malé množstvo (~0,5 obj. %) bezvodých kremičitanov (olivín a pyroxén), čo môže pomôcť identifikovať zdrojový materiál, z ktorého bol vyrobený surový kameň Ryugu5. Tento bezvodý kremičitan je v peletách Ryugu zriedkavý a bol pozitívne identifikovaný iba v pelete C0009. Uhličitany sú v matrici prítomné ako fragmenty (menej ako niekoľko stoviek mikrónov), väčšinou dolomit, s malým množstvom uhličitanu vápenatého a brinellu. Magnetit sa vyskytuje ako izolované častice, framboidy, plaky alebo guľovité agregáty. Sulfidy sú zastúpené najmä pyrhotitom vo forme nepravidelných šesťuholníkových hranolov/platničiek alebo latiek. Matrica obsahuje veľké množstvo submikrónového pentlanditu alebo v kombinácii s pyrhotitom. Fázy bohaté na uhlík (s veľkosťou <10 µm) sa vyskytujú všadeprítomne v matrici bohatej na fylosilikáty. Fázy bohaté na uhlík (s veľkosťou <10 µm) sa vyskytujú všadeprítomne v matrici bohatej na fylosilikáty. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) matriце. Fázy bohaté na uhlík (s veľkosťou <10 µm) sa vyskytujú všadeprítomne v matrici bohatej na fylosilikáty.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 филлосиликатаме V matrici bohatej na fylosilikáty prevládajú fázy bohaté na uhlík (s veľkosťou <10 µm).Ďalšie pomocné minerály sú uvedené v doplnkovej tabuľke 1. Zoznam minerálov určených z röntgenového difraktogramu zmesi C0087 a A0029 a A0037 je veľmi konzistentný so zoznamom určeným v chondrite CI (Orgueil), ale výrazne sa líši od chondritov CY a CM (typ Mighei) (obrázok 1 s rozšírenými údajmi a doplnkový obrázok 2). Celkový obsah prvkov v zrnách Ryugu (A0098, C0068) je tiež konzistentný s chondritom 6 CI (rozšírené údaje, obr. 2 a doplnková tabuľka 2). Naproti tomu chondrity CM sú ochudobnené o stredne a vysoko prchavé prvky, najmä Mn a Zn, a vyššie o žiaruvzdorné prvky7. Koncentrácie niektorých prvkov sa značne líšia, čo môže byť odrazom inherentnej heterogenity vzorky v dôsledku malej veľkosti jednotlivých častíc a výsledného skreslenia vzorkovania. Všetky petrologické, mineralogické a elementárne charakteristiky naznačujú, že zrná Ryugu sú veľmi podobné chondritom CI8, 9, 10. Významnou výnimkou je absencia ferrihydritu a síranu v zrnách Ryugu, čo naznačuje, že tieto minerály v chondritoch CI vznikli pozemským zvetrávaním.
a, Kompozitný röntgenový obraz suchej leštenej časti C0068 s MgKα (červená), CaKα (zelená), FeKα (modrá) a SKα (žltá). Frakcia pozostáva z vrstevnatých kremičitanov (červená: ~88 obj. %), uhličitanov (dolomit; svetlozelená: ~1,6 obj. %), magnetitu (modrá: ~5,3 obj. %) a sulfidov (žltá: sulfid = ~2,5 obj. %), esej. b, obraz oblasti kontúry v spätne rozptýlených elektrónoch na a. Bru – nezrelý; Dole – dolomit; FeS je sulfid železa; Mag – magnetit; juice – mastenec; Srp – serpentín. c, obraz typického prerastenia saponitu a serpentínu s vysokým rozlíšením zobrazujúci mriežkové pásy serpentínu a saponitu s veľkosťou 0,7 nm a 1,1 nm.
Zloženie matrice a vrstevnatých silikátov (v %) častíc Ryugu A0037 (plné červené krúžky) a C0068 (plné modré krúžky) je znázornené v ternárnom systéme (Si+Al)-Mg-Fe. a, Výsledky elektrónovej mikroanalýzy (EPMA) vynesené do grafu oproti CI chondritom (Ivuna, Orgueil, Alais)16 sú pre porovnanie zobrazené sivou farbou. b, Analýza skenovacou TEM (STEM) a energeticky disperznou röntgenovou spektroskopiou (EDS) je zobrazená pre porovnanie s meteoritmi Orgueil9 a Murchison46 a hydratovaným IDP47. Analyzovali sa jemnozrnné a hrubozrnné fylosilikáty, pričom sa vyhýbali malým časticiam sulfidu železa. Prerušované čiary v a a b znázorňujú čiary rozpúšťania saponitu a serpentínu. Zloženie bohaté na železo v a môže byť spôsobené submikrónovými zrnami sulfidu železa vo vrstvených silikátových zrnách, čo nemožno vylúčiť priestorovým rozlíšením analýzy EPMA. Dátové body s vyšším obsahom Si ako saponit v b môžu byť spôsobené prítomnosťou nanorozmerného amorfného materiálu bohatého na kremík v medzerách fylosilikátovej vrstvy. Počet analýz: N=69 pre A0037, N=68 pre EPMA, N=68 pre C0068, N=19 pre A0037 a N=27 pre C0068 pre STEM-EDS. c, izotopová mapa trioxyčastíc Ryugu C0014-4 v porovnaní s hodnotami chondritov CI (Orgueil), CY (Y-82162) a údajmi z literatúry (CM a C2-ung)41,48,49. Získali sme údaje pre meteority Orgueil a Y-82162. CCAM je línia bezvodých uhlíkatých chondritových minerálov, TFL je deliaca čiara pevniny. d, mapy Δ17O a δ18O častice Ryugu C0014-4, chondritu CI (Orgueil) a chondritu CY (Y-82162) (táto štúdia). Δ17O_Ryugu: Hodnota Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Priemerná hodnota Δ17O pre Orgueil. Δ17O_Y-82162: Priemerná hodnota Δ17O pre Y-82162. Pre porovnanie sú uvedené aj údaje CI a CY z literatúry 41, 48, 49.
Analýza hmotnostných izotopov kyslíka sa vykonala na vzorke materiálu s hmotnosťou 1,83 mg extrahovaného z granulovaného C0014 laserovou fluoráciou (Metódy). Pre porovnanie sme použili sedem kópií Orgueilu (CI) (celková hmotnosť = 8,96 mg) a sedem kópií Y-82162 (CY) (celková hmotnosť = 5,11 mg) (Doplnková tabuľka 3).
Na obr. 2d je znázornené jasné oddelenie Δ17O a δ18O medzi hmotnostne priemernými časticami Orgueil a Ryugu v porovnaní s Y-82162. Hodnota Δ17O častice Ryugu C0014-4 je vyššia ako hodnota častice Orgeil, napriek prekrývaniu pri 2 sd. Častice Ryugu majú vyššie hodnoty Δ17O ​​v porovnaní s Orgeilom, čo môže odrážať znečistenie pozemských častíc od ich pádu v roku 1864. Zvetrávanie v pozemskom prostredí11 nevyhnutne vedie k zabudovaniu atmosférického kyslíka, čím sa celková analýza približuje k pozemskej frakcionačnej čiare (TFL). Tento záver je v súlade s mineralogickými údajmi (diskutovanými skôr), že zrná Ryugu neobsahujú hydráty ani sírany, zatiaľ čo Orgeil ich obsahuje.
Na základe vyššie uvedených mineralogických údajov tieto výsledky podporujú súvislosť medzi zrnami Ryugu a chondritmi CI, ale vylučujú súvislosť s chondritmi CY. Skutočnosť, že zrná Ryugu nie sú spojené s chondritmi CY, ktoré vykazujú jasné známky dehydratačnej mineralógie, je záhadná. Orbitálne pozorovania Ryugu naznačujú, že prešlo dehydratáciou, a preto je pravdepodobne zložené z materiálu CY. Dôvody tohto zjavného rozdielu zostávajú nejasné. Analýza izotopov kyslíka ďalších častíc Ryugu je prezentovaná v sprievodnom článku 12. Výsledky tohto rozšíreného súboru údajov sú však tiež v súlade so súvislosťou medzi časticami Ryugu a chondritmi CI.
Pomocou koordinovaných mikroanalytických techník (doplnkový obr. 3) sme skúmali priestorové rozloženie organického uhlíka po celom povrchu frakcie fokusovaného iónového lúča (FIB) C0068.25 (obr. 3a–f). Spektrá jemnej štruktúry röntgenového absorpčného žiarenia uhlíka (NEXAFS) na blízkom okraji v reze C0068.25 zobrazujú niekoľko funkčných skupín – aromatické alebo C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), C(=O)O (287,5 eV) a C(=O)O (288,8 eV) – štruktúra grafénu chýba pri 291,7 eV (obr. 3a), čo znamená nízky stupeň tepelnej variácie. Silný pík C0068.25 (287,5 eV) čiastočných organických zložiek C0068.25 sa líši od nerozpustných organických zložiek predtým študovaných uhlíkatých chondritov a je viac podobný IDP14 a kometárnym časticiam získaným misiou Stardust. Silný pík CH pri 287,5 eV a veľmi slabý aromatický alebo C=C pík pri 285,2 eV naznačujú, že organické zlúčeniny sú bohaté na alifatické zlúčeniny (obr. 3a a doplnkový obr. 3a). Oblasti bohaté na alifatické organické zlúčeniny sú lokalizované v hrubozrnných fylosilikátoch, ako aj v oblastiach so slabou aromatickou (alebo C=C) uhlíkovou štruktúrou (obr. 3c,d). Naproti tomu A0037,22 (doplnkový obr. 3) čiastočne vykazoval nižší obsah oblastí bohatých na alifatický uhlík. Podkladová mineralógia týchto zŕn je bohatá na uhličitany, podobne ako chondrit CI 16, čo naznačuje rozsiahlu zmenu zdrojovej vody (doplnková tabuľka 1). Oxidačné podmienky budú uprednostňovať vyššie koncentrácie karbonylových a karboxylových funkčných skupín v organických zlúčeninách spojených s uhličitanmi. Submikrónové rozloženie organických látok s alifatickými uhlíkovými štruktúrami sa môže veľmi líšiť od rozloženia hrubozrnných vrstevnatých silikátov. V meteorite z jazera Tagish sa našli náznaky alifatických organických zlúčenín spojených s fylosilikátmi-OH. Koordinované mikroanalytické údaje naznačujú, že organická hmota bohatá na alifatické zlúčeniny môže byť rozšírená v asteroidoch typu C a úzko spojená s fylosilikátmi. Tento záver je v súlade s predchádzajúcimi správami o alifatických/aromatických CH v časticiach Ryugu, ktoré demonštroval MicroOmega, hyperspektrálny mikroskop blízkej infračervenej oblasti. Dôležitou a nevyriešenou otázkou je, či sa jedinečné vlastnosti alifatických organických zlúčenín bohatých na uhlík spojených s hrubozrnnými fylosilikátmi pozorované v tejto štúdii nachádzajú iba na asteroide Ryugu.
a, uhlíkové spektrá NEXAFS normalizované na 292 eV v oblasti bohatej na aromatické zlúčeniny (C=C) (červená), v oblasti bohatej na alifatické zlúčeniny (zelená) a v matrici (modrá). Sivá čiara predstavuje spektrum nerozpustných organických zlúčenín Murchison 13 pre porovnanie. au, arbitrážna jednotka. b, spektrálny obraz uhlíkovej K-hrany zhotovený skenovacou transmisnou röntgenovou mikroskopiou (STXM), ktorý ukazuje, že v reze dominuje uhlík. c, kompozitný graf RGB s oblasťami bohatými na aromatické zlúčeniny (C=C) (červená), oblasťami bohatými na alifatické zlúčeniny (zelená) a matricou (modrá). d, organické látky bohaté na alifatické zlúčeniny sú koncentrované v hrubozrnnom fylosilikáte, plocha je zväčšená z bielych bodkovaných políčok v b a c. e, veľké nanosféry (ng-1) v ploche zväčšenej z bieleho bodkovaného políčka v b a c. Pre: pyrhotin. Pn: nikel-chromit. f, Nanoškálová hmotnostná spektrometria sekundárnych iónov (NanoSIMS), elementárne snímky vodíka (1H), uhlíka (12C) a dusíka (12C14N), snímky pomeru prvkov 12C/1H a krížové izotopové snímky δD, δ13C a δ15N – sekcia PG-1: predsolárny grafit s extrémnym obohatením 13C (doplnková tabuľka 4).
Kinetické štúdie degradácie organickej hmoty v meteoritoch Murchison môžu poskytnúť dôležité informácie o heterogénnom rozložení alifatickej organickej hmoty bohatej na zrná Ryugu. Táto štúdia ukazuje, že alifatické väzby CH₄ v organickej hmote pretrvávajú až do maximálnej teploty približne 30 °C v materskej hornine a/alebo sa menia v závislosti od času a teploty (napr. 200 rokov pri 100 °C a 0 °C 100 miliónov rokov). Ak sa prekurzor nezahrieva na danú teplotu dlhšie ako určitý čas, pôvodné rozloženie alifatických organických látok bohatých na fylosilikáty sa môže zachovať. Zmeny vody v zdrojovej hornine však môžu túto interpretáciu skomplikovať, pretože A0037 bohatý na uhličitany nevykazuje žiadne alifatické oblasti bohaté na uhlík spojené s fylosilikátmi. Táto nízka zmena teploty zhruba zodpovedá prítomnosti kubického živca v zrnách Ryugu (doplnková tabuľka 1) 20.
Frakcia C0068.25 (ng-1; obr. 3a–c,e) obsahuje veľkú nanosféru vykazujúcu vysoko aromatické (alebo C=C), mierne alifatické a slabé spektrá C(=O)O a C=O. Podpis alifatického uhlíka nezodpovedá podpisu objemovo nerozpustných organických látok a organických nanosfér spojených s chondritmi (obr. 3a) 17,21. Ramanova a infračervená spektroskopická analýza nanosfér v jazere Tagish ukázala, že pozostávajú z alifatických a oxidovaných organických zlúčenín a neusporiadaných polycyklických aromatických organických zlúčenín so zložitou štruktúrou 22,23. Pretože okolitá matrica obsahuje organické látky bohaté na alifatické zlúčeniny, podpis alifatického uhlíka v ng-1 môže byť analytickým artefaktom. Je zaujímavé, že ng-1 obsahuje vnorené amorfné silikáty (obr. 3e), čo je textúra, ktorá doteraz nebola hlásená pre žiadne mimozemské organické látky. Amorfné kremičitany môžu byť prirodzenými zložkami ng-1 alebo môžu byť výsledkom amorfizácie vodných/bezvodých kremičitanov iónovým a/alebo elektrónovým lúčom počas analýzy.
Iónové snímky NanoSIMS v sekcii C0068.25 (obr. 3f) ukazujú rovnomerné zmeny v δ13C a δ15N, s výnimkou predsolárnych zŕn s veľkým obohatením 13C o 30 811 ‰ (PG-1 na snímke δ13C na obr. 3f) (doplnková tabuľka 4). Röntgenové snímky elementárnych zŕn a snímky TEM s vysokým rozlíšením ukazujú iba koncentráciu uhlíka a vzdialenosť medzi bazálnymi rovinami 0,3 nm, čo zodpovedá grafitu. Je pozoruhodné, že hodnoty δD (841 ± 394 ‰) a δ15N (169 ± 95 ‰), obohatené o alifatickú organickú hmotu spojenú s hrubozrnnými fylosilikátmi, sa ukazujú byť mierne vyššie ako priemer pre celú oblasť C (δD = 528 ± 139 ‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) v C0068.25 (doplnková tabuľka 4). Toto pozorovanie naznačuje, že organické látky bohaté na alifatické zlúčeniny v hrubozrnných fylosilikátoch môžu byť primitívnejšie ako okolité organické látky, pretože tie mohli prejsť izotopovou výmenou s okolitou vodou v pôvodnom telese. Alternatívne môžu tieto izotopové zmeny súvisieť aj s počiatočným procesom formovania. Interpretuje sa, že jemnozrnné vrstevnaté silikáty v chondritoch CI vznikli v dôsledku neustálej zmeny pôvodných hrubozrnných bezvodých silikátových zhlukov. Organická hmota bohatá na alifatické zlúčeniny sa mohla vytvoriť z prekurzorových molekúl v protoplanetárnom disku alebo medzihviezdnom prostredí pred vznikom slnečnej sústavy a potom sa mierne zmenila počas zmien vody v materskom telese Ryugu (veľkom). Veľkosť ostrova Ryugu (<1,0 km) je príliš malá na to, aby dostatočne udržala vnútorné teplo potrebné na premenu vody a vytvorenie vodnatých minerálov25. Veľkosť ostrova Ryugu (<1,0 km) je príliš malá na to, aby udržala dostatočné vnútorné teplo pre vodnú premenu za vzniku vodnatých minerálov25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннео внутреннео водного изменения с образованием водных минералов25. Veľkosť (<1,0 km) Rjúgu je príliš malé na to, aby si udržalo dostatočné vnútorné teplo potrebné na výmenu vody a tvorbu vodných minerálov25. 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吉水525 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吉水525 Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепловзодиненини образованием водных минералов25. Veľkosť Ryugu (<1,0 km) je príliš malá na to, aby podporovala vnútorné teplo potrebné na premenu vody na vodné minerály25.Preto môžu byť potrebné predchodcovia meteoritu Ryugu s veľkosťou desiatok kilometrov. Organická hmota bohatá na alifatické zlúčeniny si môže zachovať svoje pôvodné pomery izotopov vďaka spojeniu s hrubozrnnými fylosilikátmi. Presná povaha izotopových ťažkých nosičov však zostáva neistá kvôli komplexnému a jemnému miešaniu rôznych zložiek v týchto frakciách FIB. Môžu to byť organické látky bohaté na alifatické zlúčeniny v granulách Ryugu alebo hrubé fylosilikáty, ktoré ich obklopujú. Treba poznamenať, že organická hmota takmer vo všetkých uhlíkatých chondritoch (vrátane chondritov CI) má tendenciu byť bohatšia na D ako vo fylosilikátoch, s výnimkou meteoritov CM Paris 24, 26.
Grafy objemu δD a δ15N získaných z FIB rezov A0002.23 a A0002.26, A0037.22 a A0037.23 a C0068.23, C0068.25 a C0068.26 (celkovo sedem FIB rezov z troch častíc Ryugu). Porovnanie NanoSIMS s inými objektmi slnečnej sústavy je znázornené na obr. 4 (doplnková tabuľka 4)27,28. Zmeny objemu δD a δ15N v profiloch A0002, A0037 a C0068 sú konzistentné so zmenami v IDP, ale vyššie ako v chondritoch CM a CI (obr. 4). Všimnite si, že rozsah hodnôt δD pre vzorku kométy 29 (-240 až 1655 ‰) je väčší ako v prípade Ryugu. Objemy δD a δ15N profilov Rjúkjú sú spravidla menšie ako priemer pre kométy rodiny Jupiterov a Oortovho oblaku (obr. 4). Nižšie hodnoty δD ​​chondritov CI môžu odrážať vplyv pozemskej kontaminácie v týchto vzorkách. Vzhľadom na podobnosti medzi kométami Bells, jazerom Tagish a IDP môže veľká heterogenita hodnôt δD a δN ​​v časticiach Rjúkjú odrážať zmeny v počiatočných izotopových podpisoch organických a vodných zložení v ranej slnečnej sústave. Podobné izotopové zmeny δD a δN v časticiach Rjúkjú a IDP naznačujú, že obe mohli vzniknúť z materiálu z rovnakého zdroja. Predpokladá sa, že IDP pochádzajú z kometárnych zdrojov 14. Preto Rjúkjú môže obsahovať materiál podobný kométe a/alebo aspoň z vonkajšej slnečnej sústavy. Toto však môže byť zložitejšie, ako tu uvádzame, kvôli (1) zmesi sférolitickej a na D bohatej vody na materskom telese 31 a (2) pomeru D/H kométy ako funkcie kometárnej aktivity 32. Dôvody pozorovanej heterogenity izotopov vodíka a dusíka v časticiach Ryugu však nie sú úplne objasnené, čiastočne kvôli obmedzenému počtu analýz, ktoré sú dnes k dispozícii. Výsledky systémov izotopov vodíka a dusíka stále naznačujú možnosť, že Ryugu obsahuje väčšinu materiálu z oblastí mimo Slnečnej sústavy, a preto môže vykazovať určitú podobnosť s kométami. Profil Ryugu nepreukázal žiadnu zjavnú koreláciu medzi δ13C a δ15N (doplnková tabuľka 4).
Celkové izotopové zloženie H a N častíc Ryugu (červené krúžky: A0002, A0037; modré krúžky: C0068) koreluje s magnitúdou Slnka 27, rodinou komét Jupitera (JFC27), kométami Oortovho oblaku (OCC27), IDP28 a uhlíkatými chondrulami. Porovnanie meteoritu 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Izotopové zloženie je uvedené v doplnkovej tabuľke 4. Prerušované čiary predstavujú pozemské izotopové hodnoty pre H a N.
Transport prchavých látok (napr. organickej hmoty a vody) na Zem zostáva problémom26,27,33. Submikrónová organická hmota spojená s hrubými fylosilikátmi v časticiach Ryugu identifikovaných v tejto štúdii môže byť dôležitým zdrojom prchavých látok. Organická hmota v hrubozrnných fylosilikátoch je lepšie chránená pred degradáciou16,34 a rozpadom35 ako organická hmota v jemnozrnných matriciach. Ťažšie izotopové zloženie vodíka v časticiach znamená, že je nepravdepodobné, že by boli jediným zdrojom prchavých látok prenesených na ranú Zem. Môžu byť zmiešané so zložkami s ľahším izotopovým zložením vodíka, ako bolo nedávno navrhnuté v hypotéze o prítomnosti vody poháňanej slnečným vetrom v silikátoch.
V tejto štúdii ukazujeme, že meteority CI, napriek ich geochemickému významu ako reprezentantov celkového zloženia slnečnej sústavy,6,10 sú vzorky kontaminované pozemskou pôdou. Poskytujeme tiež priame dôkazy o interakciách medzi bohatou alifatickou organickou hmotou a susednými vodnatými minerálmi a naznačujeme, že Ryugu môže obsahovať extrasolárny materiál37. Výsledky tejto štúdie jasne demonštrujú dôležitosť priameho odberu vzoriek protoasteroidov a potrebu prepravy vrátených vzoriek za úplne inertných a sterilných podmienok. Dôkazy prezentované v tomto dokumente ukazujú, že častice Ryugu sú nepochybne jedným z najmenej kontaminovaných materiálov slnečnej sústavy dostupných pre laboratórny výskum a ďalšie štúdium týchto vzácnych vzoriek nepochybne rozšíri naše chápanie procesov v ranej slnečnej sústave. Častice Ryugu sú najlepšou reprezentáciou celkového zloženia slnečnej sústavy.
Na stanovenie komplexnej mikroštruktúry a chemických vlastností vzoriek v submikrónovom meradle sme použili počítačovú tomografiu na báze synchrotrónového žiarenia (SR-XCT) a SR röntgenovú difrakciu (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM analýzu. Žiadna degradácia, znečistenie spôsobené zemskou atmosférou ani poškodenie jemnými časticami alebo mechanickými vzorkami. Medzitým sme vykonali systematickú volumetrickú analýzu pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie (SEM)-EDS, EPMA, XRD, inštrumentálnej neutrónovej aktivačnej analýzy (INAA) a laserového fluoračného zariadenia na izotopovú fluoráciu kyslíka. Postupy stanovenia sú znázornené na doplnkovom obrázku 3 a každé stanovenie je opísané v nasledujúcich častiach.
Častice z asteroidu Ryugu boli získané z návratového modulu Hayabusa-2 a doručené do riadiaceho centra JAXA v Sagamihare v Japonsku bez znečistenia zemskej atmosféry4. Po počiatočnej a nedeštruktívnej charakterizácii v zariadení spravovanom JAXA použite uzatvárateľné prepravné nádoby medzi lokalitami a vrecká na vzorky (zafírové sklo s priemerom 10 alebo 15 mm a nehrdzavejúca oceľ, v závislosti od veľkosti vzorky), aby sa predišlo negatívnemu vplyvu na životné prostredie. y a/alebo pozemné kontaminanty (napr. vodná para, uhľovodíky, atmosférické plyny a jemné častice) a krížová kontaminácia medzi vzorkami počas prípravy vzoriek a prepravy medzi ústavmi a univerzitami38. Aby sa predišlo degradácii a znečisteniu v dôsledku interakcie so zemskou atmosférou (vodná para a kyslík), všetky typy prípravy vzoriek (vrátane sekania tantalovým dlátom, použitia vyváženej diamantovej drôtenej píly (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) a rezania epoxidu) (príprava na inštaláciu) sa vykonávali v rukavicovom boxe pod čistým suchým N2 (rosný bod: -80 až -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Všetky tu používané predmety sa čistia kombináciou ultračistej vody a etanolu pomocou ultrazvukových vĺn rôznych frekvencií.
V tejto štúdii študujeme zbierku meteoritov Národného polárneho výskumného inštitútu (NIPR) z Antarktického centra pre výskum meteoritov (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 a CY: Y 980115).
Na prenos medzi prístrojmi pre analýzu SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS a TEM sme použili univerzálny ultratenký držiak vzoriek opísaný v predchádzajúcich štúdiách38.
Analýza SR-XCT vzoriek Ryugu bola vykonaná pomocou integrovaného CT systému BL20XU/SPring-8. Integrovaný CT systém pozostáva z rôznych režimov merania: široké zorné pole a režim s nízkym rozlíšením (WL) na zachytenie celej štruktúry vzorky, úzke zorné pole a režim s vysokým rozlíšením (NH) na presné meranie plochy vzorky a röntgenových snímok na získanie difrakčného obrazca objemu vzorky a vykonanie XRD-CT na získanie 2D diagramu minerálnych fáz v horizontálnej rovine vo vzorke. Upozorňujeme, že všetky merania je možné vykonať bez použitia vstavaného systému na odstránenie držiaka vzorky zo základne, čo umožňuje presné CT a XRD-CT merania. Röntgenový detektor v režime WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) bol vybavený dodatočnou CMOS kamerou (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) s rozlíšením 4608 × 4608 pixelov so scintilátorom pozostávajúcim z 10 µm hrubého monokryštálu lutéciovo-hlinitého granátu (Lu3Al5O12:Ce) a reléovej šošovky. Veľkosť pixelu v režime WL je približne 0,848 µm. Zorné pole (FOV) v režime WL je teda približne 6 mm v režime ofsetovej počítačovej tomografie. Röntgenový detektor v NH móde (BM AA50; Hamamatsu Photonics) bol vybavený 20 µm hrubým scintilátorom z gadolínia, hliníka a gália (Gd3Al2Ga3O12), CMOS kamerou (C11440-22CU) s rozlíšením 2048 × 2048 pixelov; Hamamatsu Photonics) a šošovkou ×20. Veľkosť pixelu v NH móde je ~0,25 µm a zorné pole je ~0,5 mm. Detektor pre XRD mód (BM AA60; Hamamatsu Photonics) bol vybavený scintilátorom pozostávajúcim z 50 µm hrubej práškovej tienitky P43 (Gd2O2S:Tb), CMOS kamery s rozlíšením 2304 × 2304 pixelov (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) a reléovej šošovky. Detektor má efektívnu veľkosť pixelu 19,05 µm a zorné pole 43,9 mm2. Na zväčšenie FOV sme použili postup offsetovej CT v režime WL. Obraz v prechádzajúcom svetle pre CT rekonštrukciu pozostáva z obrazu v rozsahu 180° až 360° odrazeného horizontálne okolo osi otáčania a obrazu v rozsahu 0° až 180°.
V režime XRD je röntgenový lúč zaostrený Fresnelovou zónovou platňou. V tomto režime je detektor umiestnený 110 mm za vzorkou a zarážka lúča je 3 mm pred detektorom. Difrakčné snímky v rozsahu 2θ od 1,43° do 18,00° (rozstup mriežky d = 16,6–1,32 Å) boli získané s röntgenovou škvrnou zaostrenou na spodnú časť zorného poľa detektora. Vzorka sa pohybuje vertikálne v pravidelných intervaloch, s pol otáčkou pre každý krok vertikálneho skenovania. Ak minerálne častice spĺňajú Braggovu podmienku pri otočení o 180°, je možné získať difrakciu minerálnych častíc v horizontálnej rovine. Difrakčné snímky boli potom zlúčené do jedného snímky pre každý krok vertikálneho skenovania. Podmienky testu SR-XRD-CT sú takmer rovnaké ako podmienky pre test SR-XRD. V režime XRD-CT je detektor umiestnený 69 mm za vzorkou. Difrakčné snímky v rozsahu 2θ sa pohybujú od 1,2° do 17,68° (d = 19,73 až 1,35 Å), kde röntgenový lúč aj obmedzovač lúča sú v jednej línii so stredom zorného poľa detektora. Vzorku skenujte horizontálne a otočte ju o 180°. Snímky SR-XRD-CT boli rekonštruované s maximálnymi intenzitami minerálov ako hodnotami pixelov. Pri horizontálnom skenovaní sa vzorka typicky skenuje v 500 – 1 000 krokoch.
Pre všetky experimenty bola energia röntgenového žiarenia fixne stanovená na 30 keV, pretože to je dolná hranica prenikania röntgenového žiarenia do meteoritov s priemerom približne 6 mm. Počet snímok získaných pre všetky CT merania počas rotácie o 180° bol 1800 (3600 pre program offset CT) a expozičný čas snímok bol 100 ms pre režim WL, 300 ms pre režim NH, 500 ms pre XRD a 50 ms pre XRD-CT. Typický čas skenovania vzorky je približne 10 minút v režime WL, 15 minút v režime NH, 3 hodiny pre XRD a 8 hodín pre SR-XRD-CT.
CT snímky boli rekonštruované konvolučnou spätnou projekciou a normalizované pre lineárny koeficient útlmu od 0 do 80 cm-1. Na analýzu 3D dát bol použitý softvér Slice a na analýzu XRD dát softvér muXRD.
Častice Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 a C0068) fixované epoxidom boli postupne leštené na povrchu na úroveň diamantového lapovacieho filmu s hrúbkou 0,5 µm (3M) za suchých podmienok, aby sa zabránilo kontaktu materiálu s povrchom počas leštenia. Leštený povrch každej vzorky bol najprv skúmaný svetelnou mikroskopiou a potom spätne rozptýlenými elektrónmi, aby sa získali mineralogické a textúrne snímky (BSE) vzoriek a kvalitatívne NIPR prvky pomocou SEM JEOL JSM-7100F vybaveného energeticky disperzným spektrometrom (AZtec). energetický obraz. Pre každú vzorku bol obsah hlavných a vedľajších prvkov analyzovaný pomocou elektrónového mikroanalyzátora (EPMA, JEOL JXA-8200). Analyzujte fylosilikátové a uhličitanové častice pri 5 nA, prírodné a syntetické štandardy pri 15 keV, sulfidy, magnetit, olivín a pyroxén pri 30 nA. Modálne stupne boli vypočítané z máp prvkov a obrázkov BSE pomocou softvéru ImageJ 1.53 s príslušnými prahovými hodnotami ľubovoľne nastavenými pre každý minerál.
Analýza izotopov kyslíka sa vykonala na Open University (Milton Keynes, Spojené kráľovstvo) pomocou infračerveného laserového fluoračného systému. Vzorky Hayabusa2 boli dodané na Open University 38 v nádobách naplnených dusíkom na prepravu medzi zariadeniami.
Vloženie vzorky sa uskutočnilo v dusíkovom rukavicovom boxe s monitorovanou hladinou kyslíka pod 0,1 %. Pre analytickú prácu s Hayabusa2 bol vyrobený nový držiak vzorky Ni, ktorý pozostával iba z dvoch otvorov pre vzorku (priemer 2,5 mm, hĺbka 5 mm), jeden pre častice Hayabusa2 a druhý pre vnútorný štandard obsidiánu. Počas analýzy bola vzorková jamka obsahujúca materiál Hayabusa2 zakrytá vnútorným okienkom BaF2 s hrúbkou približne 1 mm a priemerom 3 mm, aby sa vzorka udržala počas laserovej reakcie. Prietok BrF5 do vzorky bol udržiavaný kanálom na miešanie plynov vyrezaným v držiaku vzorky Ni. Komora na vzorku bola tiež prekonfigurovaná tak, aby sa dala vybrať z vákuového fluoračného potrubia a potom otvoriť v rukavicovom boxe naplnenom dusíkom. Dvojdielna komora bola utesnená medeným tesnením a reťazovou svorkou EVAC Quick Release CeFIX 38. 3 mm hrubé okienko BaF2 na vrchu komory umožňuje súčasné pozorovanie vzorky a laserového ohrevu. Po vložení vzorky komoru opäť upnite a znova pripojte k fluórovanému potrubiu. Pred analýzou sa komora na vzorky zahrievala cez noc vo vákuu na približne 95 °C, aby sa odstránila všetka adsorbovaná vlhkosť. Po zahrievaní cez noc sa komora nechala vychladnúť na izbovú teplotu a potom sa časť vystavená atmosfére počas prenosu vzorky prepláchla tromi alikvotnými podielmi BrF5, aby sa odstránila vlhkosť. Tieto postupy zabezpečujú, že vzorka Hayabusa 2 nie je vystavená atmosfére a nie je kontaminovaná vlhkosťou z časti fluórovaného potrubia, ktoré je počas vkladania vzorky odvetrávané do atmosféry.
Vzorky častíc Ryugu C0014-4 a Orgueil (CI) boli analyzované v modifikovanom „jednom“ režime42, zatiaľ čo analýza Y-82162 (CY) bola vykonaná na jednej miske s viacerými jamkami na vzorky41. Vzhľadom na ich bezvodé zloženie nie je potrebné použiť jednu metódu pre CY chondrity. Vzorky boli zahrievané pomocou infračerveného CO2 laseru Photon Machines Inc. s výkonom 50 W (10,6 µm) namontovaného na portáli XYZ v prítomnosti BrF5. Vstavaný videosystém monitoruje priebeh reakcie. Po fluorácii bol uvoľnený O2 premytý pomocou dvoch kryogénnych dusíkových lapačov a vyhrievaného lôžka KBr, aby sa odstránil prebytočný fluór. Izotopové zloženie vyčisteného kyslíka bolo analyzované na dvojkanálovom hmotnostnom spektrometri Thermo Fisher MAT 253 s hmotnostným rozlíšením približne 200.
V niektorých prípadoch bolo množstvo plynného O2 uvoľneného počas reakcie vzorky menšie ako 140 µg, čo je približný limit použitia mechového zariadenia na hmotnostnom spektrometri MAT 253. V týchto prípadoch sa na analýzu používajú mikroobjemy. Po analýze častíc Hayabusa2 bol vnútorný štandard obsidiánu fluórovaný a bolo stanovené jeho izotopové zloženie kyslíka.
Ióny fragmentu NF+ NF3+ interferujú s lúčom s hmotnosťou 33 (16O17O). Aby sa tento potenciálny problém eliminoval, väčšina vzoriek sa spracováva pomocou kryogénnych separačných postupov. Toto sa môže vykonať v doprednom smere pred analýzou MAT 253 alebo ako druhá analýza vrátením analyzovaného plynu späť do špeciálneho molekulového sita a jeho opätovným prechodom po kryogénnej separácii. Kryogénna separácia zahŕňa dodávanie plynu do molekulového sita pri teplote kvapalného dusíka a jeho následné vypustenie do primárneho molekulového sita pri teplote -130 °C. Rozsiahle testovanie ukázalo, že NF+ zostáva na prvom molekulovom site a pri použití tejto metódy nedochádza k žiadnej významnej frakcionácii.
Na základe opakovaných analýz našich interných obsidiánových štandardov je celková presnosť systému v režime mechu: ±0,053 ‰ pre δ17O, ±0,095 ‰ pre δ18O, ±0,018 ‰ pre Δ17O (2 sd). Analýza izotopov kyslíka je uvedená v štandardnej delta notácii, kde delta18O sa vypočíta ako:
Pre δ17O použite aj pomer 17O/16O. VSMOW je medzinárodný štandard pre Viedenský priemer morskej vody. Δ17O predstavuje odchýlku od frakcionačnej čiary Zeme a vzorec pre výpočet je: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Všetky údaje uvedené v doplnkovej tabuľke 3 boli upravené o medzery.
Z častíc Ryugu boli extrahované rezy s hrúbkou približne 150 až 200 nm pomocou prístroja Hitachi High Tech SMI4050 FIB v JAMSTEC, Kochi Core Sampling Institute. Treba poznamenať, že všetky rezy FIB boli získané z nespracovaných fragmentov nespracovaných častíc po vybratí z nádob naplnených plynom N2 na prenos medzi objektmi. Tieto fragmenty neboli merané pomocou SR-CT, ale boli spracované s minimálnym vystavením zemskej atmosfére, aby sa predišlo potenciálnemu poškodeniu a kontaminácii, ktorá by mohla ovplyvniť spektrum uhlíka na K-hrane. Po nanesení ochrannej vrstvy volfrámu bola oblasť záujmu (do 25 × 25 μm2) narezaná a stenčená lúčom iónov Ga+ pri urýchľovacom napätí 30 kV, potom pri 5 kV a prúde sondy 40 pA, aby sa minimalizovalo poškodenie povrchu. Ultratenké rezy boli potom umiestnené na zväčšenú medenú sieťku (Kochiho sieťka) 39 pomocou mikromanipulátora vybaveného FIB.
Pelety Ryugu A0098 (1,6303 mg) a C0068 (0,6483 mg) boli dvakrát zatavené v čistých polyetylénových fóliách vysokej čistoty v rukavicovej komore naplnenej čistým dusíkom na zariadení SPring-8 bez akejkoľvek interakcie so zemskou atmosférou. Príprava vzoriek pre JB-1 (geologická referenčná hornina vydaná Japonským geologickým prieskumom) sa uskutočnila na Metropolitnej univerzite v Tokiu.
INAA sa koná v Inštitúte pre integrované žiarenie a jadrové vedy Kjótskej univerzity. Vzorky boli dvakrát ožiarené s rôznymi ožarovacími cyklami zvolenými podľa polčasu rozpadu nuklidu použitého na kvantifikáciu prvkov. Najprv bola vzorka ožiarená v pneumatickej ožarovacej trubici počas 30 sekúnd. Toky tepelných a rýchlych neutrónov na obr. 3 sú 4,6 × 1012 a 9,6 × 1011 cm-2 s-1 na stanovenie obsahu Mg, Al, Ca, Ti, V a Mn. Chemikálie ako MgO (čistota 99,99 %, Soekawa Chemical), Al (čistota 99,9 %, Soekawa Chemical) a kovový Si (čistota 99,999 %, FUJIFILM Wako Pure Chemical) boli tiež ožiarené, aby sa korigovali rušivé jadrové reakcie, ako napríklad (n, n). Vzorka bola tiež ožiarená chloridom sodným (čistota 99,99 %; MANAC), aby sa korigovali zmeny v neutrónovom toku.
Po ožiarení neutrónmi bola vonkajšia polyetylénová fólia nahradená novou a gama žiarenie emitované vzorkou a referenciou bolo okamžite merané pomocou Ge detektora. Tie isté vzorky boli opätovne ožarované 4 hodiny v pneumatickej ožarovacej trubici. 2 má tepelný a rýchly neutrónový tok 5,6 x 1012 cm-2 s-1 na stanovenie Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, obsahu Se, Sb, Os, Ir a Au. Kontrolné vzorky Ga, As, Se, Sb, Os, Ir a Au boli ožiarené nanesením vhodného množstva (od 10 do 50 μg) štandardných roztokov so známymi koncentráciami týchto prvkov na dva kusy filtračného papiera, po čom nasledovalo ožiarenie vzoriek. Meranie gama žiarenia sa uskutočnilo v Inštitúte integrovaných radiačných a jadrových vied Kjótskej univerzity a vo Výskumnom centre RI Tokijskej metropolitnej univerzity. Analytické postupy a referenčné materiály na kvantitatívne stanovenie prvkov INAA sú rovnaké ako tie, ktoré boli opísané v našej predchádzajúcej práci.
Na zber difrakčných obrazcov vzoriek Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) a C0087 (<1 mg) pri NIPR sa použil röntgenový difraktometer (Rigaku SmartLab). Na zber difrakčných obrazcov vzoriek Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) a C0087 (<1 mg) pri NIPR sa použil röntgenový difraktometer (Rigaku SmartLab). Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин29gu<0вартин оІо1вартин о мг), A0037 (≪1 мг) a C0087 (<1 мг) v NIPR. Na zber difrakčných obrazcov vzoriek Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) a C0087 (<1 mg) v NIPR sa použil röntgenový difraktometer (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) 焚塰塰儚衰儚收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)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) 焚塰塰儚衰儚收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg) Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) a C0087 (<1 мг) были полученс в в использованием рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). Röntgenové difrakčné obrazce vzoriek Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) a C0087 (<1 mg) boli získané v NIPR pomocou röntgenového difraktometra (Rigaku SmartLab).Všetky vzorky boli rozomleté ​​na jemný prášok na kremíkovom nereflexnom plátku pomocou zafírovej sklenenej platničky a potom rovnomerne rozložené na kremíkovom nereflexnom plátku bez akejkoľvek kvapaliny (vody alebo alkoholu). Podmienky merania boli nasledovné: Röntgenové žiarenie Cu Kα sa generuje pri napätí trubice 40 kV a prúde trubice 40 mA, limitná dĺžka štrbiny je 10 mm, uhol divergencie je (1/6)°, rýchlosť otáčania v rovine je 20 ot/min a rozsah 2θ (dvojitý Braggov uhol) je 3 – 100° a analýza trvá približne 28 hodín. Použila sa Braggova Brentanova optika. Detektor je jednorozmerný kremíkový polovodičový detektor (D/teX Ultra 250). Röntgenové lúče Cu Kβ boli odstránené pomocou Ni filtra. Pomocou dostupných vzoriek boli porovnané merania syntetického magnéziového saponitu (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentínu (listový serpentín, Miyazu, Nikka) a pyrhotinu (monoklinický 4C, Chihua, Mexiko, Watts) s cieľom identifikovať píky a použiť difrakčné údaje z práškových súborov z Medzinárodného centra pre difrakčné údaje, dolomit (PDF 01-071-1662) a magnetit (PDF 00-019-0629). Difrakčné údaje z Ryugu boli tiež porovnané s údajmi o hydroalterovaných uhlíkatých chondritoch, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 a Y 980115 CY (stupeň ohrevu III, 500 – 750 °C). Porovnanie ukázalo podobnosti s Orgueilom, ale nie s Y-791198 a Y 980115.
Spektrá NEXAFS s uhlíkovou hranou K ultratenkých rezov vzoriek vyrobených z FIB boli merané pomocou kanála STXM BL4U na synchrotrónovom zariadení UVSOR v Inštitúte molekulárnych vied (Okazaki, Japonsko). Veľkosť bodu lúča opticky zaostreného pomocou Fresnelovej zónovej platne je približne 50 nm. Energetický krok je 0,1 eV pre jemnú štruktúru oblasti blízkej hrany (283,6–292,0 eV) a 0,5 eV (280,0–283,5 eV a 292,5–300,0 eV) pre predné a zadné oblasti. Čas pre každý obrazový pixel bol nastavený na 2 ms. Po evakuácii bola analytická komora STXM naplnená héliom pri tlaku približne 20 mbar. To pomáha minimalizovať tepelný drift röntgenového optického zariadenia v komore a držiaku vzorky, ako aj znížiť poškodenie a/alebo oxidáciu vzorky. Spektrá uhlíka NEXAFS K-edge boli vygenerované zo vrstvených dát pomocou softvéru aXis2000 a proprietárneho softvéru na spracovanie dát STXM. Upozorňujeme, že puzdro na prenos vzoriek a rukavicový box sa používajú na zabránenie oxidácii a kontaminácii vzorky.
Po analýze STXM-NEXAFS bolo izotopové zloženie vodíka, uhlíka a dusíka v rezoch Ryugu FIB analyzované pomocou izotopového zobrazovania s použitím prístroja JAMSTEC NanoSIMS 50L. Zaostrený primárny lúč Cs+ s intenzitou približne 2 pA pre analýzu izotopov uhlíka a dusíka a približne 13 pA pre analýzu izotopov vodíka bol rastrovaný na ploche približne 24 × 24 µm2 až 30 × 30 µm2 na vzorke. Po 3-minútovom predbežnom rozprašovaní pri relatívne silnom prúde primárneho lúča bola každá analýza spustená po stabilizácii intenzity sekundárneho lúča. Pre analýzu izotopov uhlíka a dusíka boli súčasne získané snímky 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– a 12C15N– pomocou sedemelektrónovej multiplexnej detekcie s hmotnostným rozlíšením približne 9000, čo je dostatočné na oddelenie všetkých relevantných izotopových zlúčenín. interferencia (t. j. 12C1H na 13C a 13C14N na 12C15N). Na analýzu izotopov vodíka boli získané snímky 1H, 2D a 12C s hmotnostným rozlíšením približne 3000 s viacnásobnou detekciou s použitím troch elektrónových multiplikátorov. Každá analýza pozostáva z 30 naskenovaných snímok rovnakej oblasti, pričom jeden obrázok pozostáva z 256 × 256 pixelov pre analýzu izotopov uhlíka a dusíka a 128 × 128 pixelov pre analýzu izotopov vodíka. Čas oneskorenia je 3000 µs na pixel pre analýzu izotopov uhlíka a dusíka a 5000 µs na pixel pre analýzu izotopov vodíka. Na kalibráciu inštrumentálnej hmotnostnej frakcionácie sme použili hydrát 1-hydroxybenzotriazolu ako štandardy izotopov vodíka, uhlíka a dusíka45.
Na stanovenie izotopového zloženia kremíka v presolárnom grafite v profile FIB C0068-25 sme použili šesť elektrónových multiplikátorov s hmotnostným rozlíšením približne 9000. Obrázky pozostávajú z 256 × 256 pixelov s časom oneskorenia 3000 µs na pixel. Kalibrovali sme prístroj na hmotnostnú frakcionáciu s použitím kremíkových doštičiek ako izotopových štandardov vodíka, uhlíka a kremíka.
Izotopové snímky boli spracované pomocou zobrazovacieho softvéru NanoSIMS45 od NASA. Dáta boli korigované na mŕtvy čas multiplikátora elektrónov (44 ns) a efekty kvázi simultánneho príchodu. Pre každý obrázok bolo použité rôzne zarovnanie skenovania na korekciu posunu obrazu počas snímania. Finálny izotopový obraz sa vytvorí pridaním sekundárnych iónov z každého obrazu pre každý pixel skenovania.
Po analýze STXM-NEXAFS a NanoSIMS boli rovnaké rezy FIB skúmané pomocou transmisného elektrónového mikroskopu (JEOL JEM-ARM200F) pri urýchľovacom napätí 200 kV v Kochi, JAMSTEC. Mikroštruktúra bola pozorovaná pomocou TEM vo svetlom poli a TEM s vysokým uhlom skenovacieho materiálu v tmavom poli. Minerálne fázy boli identifikované bodovou elektrónovou difrakciou a zobrazovaním mriežkových pásov a chemická analýza bola vykonaná EDS so 100 mm2 kremíkovým driftovým detektorom a softvérom JEOL Analysis Station 4.30. Pre kvantitatívnu analýzu bola charakteristická intenzita röntgenového žiarenia pre každý prvok meraná v režime TEM skenovacieho mikroskopu s fixným časom zberu údajov 30 s, plochou skenovania lúča ~100 × 100 nm2 a prúdom lúča 50 pA. Pomer (Si + Al)-Mg-Fe vo vrstevnatých silikátoch bol stanovený pomocou experimentálneho koeficientu k, korigovaného na hrúbku, získaného zo štandardu prírodného pyropagranátu.
Všetky obrázky a analýzy použité v tejto štúdii sú dostupné v systéme archivácie a komunikácie údajov JAXA (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Tento článok poskytuje pôvodné údaje.
Kitari, K. a kol. Zloženie povrchu asteroidu 162173 Ryugu pozorované prístrojom Hayabusa2 NIRS3. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Uhlíkaté chondrity (CY) typu Yamato: analógy povrchu asteroidu Ryugu? Geochemistry 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. a kol. Prvá kompozičná analýza vzoriek Ryugu bola vykonaná pomocou hyperspektrálneho mikroskopu MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. a kol. Predbežná analýza vzorky Hyabusa2 vrátenej z asteroidu typu C Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).