نشكركم على زيارة موقع Nature.com. يُعاني متصفحكم من محدودية دعم CSS. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان استمرار الدعم، سنعرض الموقع بدون أنماط CSS وجافا سكريبت.
قد تكون الكويكبات من النوع C، الغنية بالمواد العضوية والمتقلبة، أحد المصادر الرئيسية للمياه على الأرض. في الوقت الحالي، تُعطينا الكوندريتات الحاملة للكربون أفضل فكرة عن تركيبها الكيميائي، لكن المعلومات المتوفرة عن النيازك غير دقيقة: إذ لا ينجو من دخول الغلاف الجوي والتفاعل مع بيئة الأرض إلا الأنواع الأكثر متانة. نعرض هنا نتائج دراسة تفصيلية حجمية وتحليلية دقيقة لجزيء ريوغو الأولي الذي وصل إلى الأرض بواسطة المركبة الفضائية هايابوسا-2. تُظهر جزيئات ريوغو تطابقًا وثيقًا في تركيبها مع كوندريتات CI (من نوع إيونا) غير المجزأة كيميائيًا ولكنها متأثرة بالماء، والتي تُستخدم على نطاق واسع كمؤشر على التركيب العام للنظام الشمسي. تُظهر هذه العينة علاقة مكانية معقدة بين المواد العضوية الأليفاتية الغنية والسيليكات الطبقية، وتشير إلى درجة حرارة قصوى تبلغ حوالي 30 درجة مئوية أثناء التآكل المائي. وجدنا وفرة من الديوتيريوم والديازونيوم، ما يتوافق مع أصل خارج المجموعة الشمسية. تُعد جسيمات ريوجو أكثر المواد الغريبة نقاءً وعدم قابلية للفصل التي تمت دراستها على الإطلاق، وهي الأنسب للتركيب العام للنظام الشمسي.
في الفترة من يونيو 2018 إلى نوفمبر 2019، أجرت المركبة الفضائية "هايابوسا 2" التابعة لوكالة استكشاف الفضاء اليابانية (جاكسا) مسحًا عن بُعد واسع النطاق للكويكب "ريوجو". تشير البيانات المُستقاة من مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRS3) على متن "هايابوسا 2" إلى أن "ريوجو" قد يكون مُكوّنًا من مادة تُشبه النيازك الكربونية المُتحوّلة حراريًا و/أو بفعل الصدمات. أقرب تطابق هو نيزك "سي واي" (من نوع ياماتو) 2. يُمكن تفسير انخفاض بياض "ريوجو" بوجود عدد كبير من المُكوّنات الغنية بالكربون، بالإضافة إلى حجم الجسيمات والمسامية وتأثيرات التجوية المكانية. هبطت المركبة الفضائية "هايابوسا 2" مرتين على سطح "ريوجو" وجمعت عينات منه. خلال عملية الهبوط الأولى في 21 فبراير 2019، جُمعت عينات من سطح الكويكب، ووُضعت في الحجرة (أ) من كبسولة العودة. أما خلال عملية الهبوط الثانية في 11 يوليو 2019، فقد جُمعت عينات بالقرب من فوهة اصطناعية تشكلت بفعل مصادم صغير محمول. وتُحفظ هذه العينات في الجناح (ج). أشارت الدراسة الأولية غير المدمرة للجسيمات في المرحلة الأولى، والتي أُجريت في حجرات خاصة غير ملوثة ومملوءة بالنيتروجين النقي في مرافق تديرها وكالة استكشاف الفضاء اليابانية (جاكسا)، إلى أن جسيمات ريوغو تُشبه إلى حد كبير النيازك الكوندريتية من نوع CI4، وتُظهر "مستويات متفاوتة من التباين"³. ولا يُمكن حلّ التصنيف الذي يبدو متناقضًا لريوغو، المشابه للنيازك الكوندريتية من نوع CY أو CI، إلا من خلال دراسة تفصيلية للنظائر والعناصر والمعادن في جسيمات ريوغو. وتُوفر النتائج المعروضة هنا أساسًا متينًا لتحديد أيٍّ من هذين التفسيرين الأوليين للتركيب العام للكويكب ريوغو هو الأرجح.
تم تخصيص ثماني حبيبات من ريوغو (بوزن إجمالي يبلغ حوالي 60 ملغ)، أربع منها من الحجرة أ وأربع من الحجرة ج، للمرحلة الثانية لإدارة فريق كوتشي. يهدف البحث بشكل أساسي إلى توضيح طبيعة الكويكب ريوغو وأصله وتاريخه التطوري، وتوثيق أوجه التشابه والاختلاف مع عينات أخرى معروفة من خارج كوكب الأرض، مثل النيازك الكوندريتية وجزيئات الغبار بين الكواكب والمذنبات العائدة. جُمعت هذه العينات بواسطة مهمة ستاردست التابعة لناسا.
أظهر تحليل معدني مفصل لخمس حبيبات من ريوغو (A0029، A0037، C0009، C0014، وC0068) أنها تتكون أساسًا من سيليكات صفائحية دقيقة وخشنة الحبيبات (حوالي 64-88% حجمًا؛ الشكل 1أ، ب، الشكل التكميلي 1، والجدول الإضافي 1). توجد السيليكات الصفائحية الخشنة الحبيبات على شكل تجمعات ريشية (يصل حجمها إلى عشرات الميكرونات) ضمن مصفوفات دقيقة الحبيبات غنية بالسيليكات الصفائحية (أقل من بضعة ميكرونات). جزيئات السيليكات الطبقية عبارة عن تكافلات من السربنتين والسابونيت (الشكل 1ج). كما تُظهر خريطة (Si + Al)-Mg-Fe أن مصفوفة السيليكات الطبقية الكلية لها تركيب وسيط بين السربنتين والسابونيت (الشكل 2أ، ب). تحتوي مصفوفة السيليكات الصفائحية على معادن كربوناتية (حوالي 2-21% حجمًا)، ومعادن كبريتيدية (حوالي 2.4-5.5% حجمًا)، ومغنيتيت (حوالي 3.6-6.8% حجمًا). احتوت إحدى الجسيمات التي تم فحصها في هذه الدراسة (C0009) على كمية ضئيلة (حوالي 0.5% حجمًا) من السيليكات اللامائية (الأوليفين والبيروكسين)، مما قد يساعد في تحديد المادة المصدرية التي شكلت حجر ريوغو الخام⁵. يُعد هذا النوع من السيليكات اللامائية نادرًا في حبيبات ريوغو، ولم يتم التعرف عليه بشكل قاطع إلا في الحبيبة C0009. تتواجد الكربونات في المصفوفة على شكل شظايا (أقل من بضع مئات من الميكرونات)، معظمها من الدولوميت، مع كميات ضئيلة من كربونات الكالسيوم والبرينل. يوجد المغنيتيت على شكل جسيمات معزولة، أو حبيبات عنقودية، أو صفائح، أو تجمعات كروية. تتمثل الكبريتيدات بشكل رئيسي في البيروتيت على هيئة موشورات/صفائح أو شرائح سداسية غير منتظمة. تحتوي المادة الأساسية على كمية كبيرة من البنتلانديت دون الميكرون أو مختلطًا مع البيروتيت. توجد الأطوار الغنية بالكربون (أقل من 10 ميكرومتر في الحجم) في كل مكان في المصفوفة الغنية بالفيلوسيليكات. توجد الأطوار الغنية بالكربون (أقل من 10 ميكرومتر في الحجم) في كل مكان في المصفوفة الغنية بالفيلوسيليكات. يتم دمج القواعد الأساسية (حجم أقل من 10 مم) بشكل كامل في المواد المملوءة بالألياف. توجد الأطوار الغنية بالكربون (أقل من 10 ميكرومتر في الحجم) في كل مكان في المصفوفة الغنية بالفيلوسيليكات.يمكن أن يكون حجم الجلد أقل من 10 ميكرومتر.يمكن أن يكون حجم الجلد أقل من 10 ميكرومتر. يتم وضع القواعد الأساسية (بحجم <10 مم) في مادة حشوية أساسية. تسود الأطوار الغنية بالكربون (أقل من 10 ميكرومتر في الحجم) في المصفوفة الغنية بالفيلوسيليكات.تُعرض المعادن الثانوية الأخرى في الجدول التكميلي 1. تتطابق قائمة المعادن المُحددة من نمط حيود الأشعة السينية لمزيج C0087 وA0029 وA0037 بشكل كبير مع تلك المُحددة في نيزك CI (أورغويل)، لكنها تختلف اختلافًا كبيرًا عن نيزكي CY وCM (من نوع ميغي) (الشكل 1 مع بيانات موسعة والشكل التكميلي 2). كما يتطابق إجمالي محتوى العناصر في حبيبات ريوغو (A0098، C0068) مع نيزك CI 6 (بيانات موسعة، الشكل 2 والجدول التكميلي 2). في المقابل، تُعاني نيزك CM من نقص في العناصر متوسطة وعالية التطاير، وخاصة المنغنيز والزنك، وارتفاع في العناصر المقاومة للحرارة.⁷ تتباين تركيزات بعض العناصر بشكل كبير، وهو ما قد يعكس عدم تجانس العينة المتأصل نتيجة لصغر حجم الجسيمات الفردية وما ينتج عنه من تحيز في أخذ العينات. تشير جميع الخصائص البترولوجية والمعدنية والعنصرية إلى أن حبيبات ريوجو تشبه إلى حد كبير الكوندريتات CI8 و9 و10. ويُعدّ غياب الفيريهيدريت والكبريتات في حبيبات ريوجو استثناءً ملحوظًا، مما يشير إلى أن هذه المعادن في الكوندريتات CI قد تشكلت بفعل التجوية الأرضية.
أ، صورة مركبة بالأشعة السينية لـ Mg Kα (أحمر)، Ca Kα (أخضر)، Fe Kα (أزرق)، و S Kα (أصفر) مقطع مصقول جاف C0068. يتكون هذا الجزء من سيليكات طبقية (أحمر: حوالي 88% حجمًا)، وكربونات (دولوميت؛ أخضر فاتح: حوالي 1.6% حجمًا)، ومغنيتيت (أزرق: حوالي 5.3% حجمًا)، وكبريتيدات (أصفر: كبريتيد = حوالي 2.5% حجمًا). ب، صورة لمنطقة الكفاف في الإلكترونات المتناثرة عكسيًا على أ. Bru – غير ناضج؛ Dole – دولوميت؛ FeS – كبريتيد الحديد؛ Mag – مغنيتيت؛ juice – حجر الصابون؛ Srp – سربنتين. ج، صورة مجهرية إلكترونية نافذة عالية الدقة (TEM) لتداخل نموذجي بين السابونيت والسربنتين، تُظهر نطاقات شبكية للسربنتين والسابونيت بعرض 0.7 نانومتر و1.1 نانومتر على التوالي.
يوضح الشكل تركيب المادة الأساسية والسيليكات الطبقية (بالنسبة المئوية) لجسيمات ريوجو A0037 (دوائر حمراء صلبة) وC0068 (دوائر زرقاء صلبة) في النظام الثلاثي (Si+Al)-Mg-Fe. أ- نتائج التحليل المجهري الإلكتروني (EPMA) مُقارنةً بنتائج نيازك الكوندريت من النوع CI (إيفونا، أورغويل، ألايس)16 الموضحة باللون الرمادي للمقارنة. ب- تحليل المجهر الإلكتروني الماسح النافذ (STEM) وتحليل طيف الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS) مُقارنةً بنيازك أورغويل9 ومورتشيسون46 والنيزك المائي IDP47. تم تحليل السيليكات الصفائحية ذات الحبيبات الدقيقة والخشنة، مع تجنب الجسيمات الصغيرة من كبريتيد الحديد. تُظهر الخطوط المنقطة في الشكلين أ و ب خطوط ذوبان السابونيت والسربنتين. قد يعود التركيب الغني بالحديد في الشكل (أ) إلى وجود حبيبات كبريتيد الحديد دون الميكرون داخل حبيبات السيليكات الطبقية، وهو أمر لا يمكن استبعاده بدقة التحليل المكاني باستخدام مطياف الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EPMA). أما نقاط البيانات ذات المحتوى السيليكوني الأعلى من السابونيت في الشكل (ب)، فقد تكون ناتجة عن وجود مادة نانوية غير متبلورة غنية بالسيليكون في الفراغات البينية لطبقة السيليكات الصفائحية. عدد التحليلات: 69 لـ A0037، و68 لـ EPMA، و68 لـ C0068، و19 لـ A0037، و27 لـ C0068 لـ STEM-EDS. الشكل (ج) هو خريطة النظائر لجسيم ثلاثي الأكسجين Ryugu C0014-4 مقارنةً بقيم الكوندريت CI (Orgueil) وCY (Y-82162) وبيانات منشورة (CM وC2-ung)^41،48،49. حصلنا على بيانات لنيزكي أورغويل وY-82162. CCAM هو خط من معادن الكوندريت الكربونية اللامائية، وTFL هو خط فاصل لليابسة. خرائط d وΔ17O وδ18O لجسيم ريوغو C0014-4، وكوندريت CI (أورغويل)، وكوندريت CY (Y-82162) (هذه الدراسة). Δ17O_Ryugu: قيمة Δ17O لـ C0014-1. Δ17O_Orgueil: متوسط ​​قيمة Δ17O لأورغويل. Δ17O_Y-82162: متوسط ​​قيمة Δ17O لـ Y-82162. كما تم عرض بيانات CI وCY من المراجع 41 و48 و49 للمقارنة.
أُجري تحليل نظائر الكتلة للأكسجين على عينة وزنها 1.83 ملغ من مادة مستخلصة من حبيبات C0014 باستخدام الفلورة الليزرية (انظر قسم الطرق). وللمقارنة، أجرينا تحليلاً لسبع نسخ من Orgueil (CI) (كتلة إجمالية = 8.96 ملغ) وسبع نسخ من Y-82162 (CY) (كتلة إجمالية = 5.11 ملغ) (انظر الجدول التكميلي 3).
يوضح الشكل 2د فصلًا واضحًا بين قيم Δ17O وδ18O في متوسط ​​وزن جزيئات أورغويل وريوغو مقارنةً بالعينة Y-82162. قيمة Δ17O في جزيء ريوغو C0014-4 أعلى من قيمتها في جزيء أورغويل، على الرغم من التداخل بينهما عند انحرافين معياريين. تتميز جزيئات ريوغو بقيم Δ17O أعلى مقارنةً بجزيئات أورغويل، مما قد يعكس تلوث الأخيرة بالبيئة الأرضية منذ سقوطها عام 1864. يؤدي التجوية في البيئة الأرضية¹¹ بالضرورة إلى دمج الأكسجين الجوي، مما يجعل التحليل العام أقرب إلى خط التجزئة الأرضية (TFL). يتوافق هذا الاستنتاج مع البيانات المعدنية (التي نوقشت سابقًا) التي تشير إلى أن حبيبات ريوغو لا تحتوي على هيدرات أو كبريتات، بينما تحتوي حبيبات أورغويل عليها.
استنادًا إلى البيانات المعدنية المذكورة أعلاه، تدعم هذه النتائج وجود ارتباط بين حبيبات ريوغو والكوندريتات من نوع CI، لكنها تستبعد وجود ارتباط مع الكوندريتات من نوع CY. ويُثير عدم ارتباط حبيبات ريوغو بالكوندريتات من نوع CY، التي تُظهر علامات واضحة على جفاف المعادن، استغرابًا. ويبدو أن الملاحظات المدارية لريوغو تُشير إلى أنه قد تعرض للجفاف، وبالتالي يُرجح أنه مُكوّن من مادة CY. ولا تزال أسباب هذا الاختلاف الظاهر غير واضحة. وقد عُرض تحليل نظائر الأكسجين لجزيئات أخرى من ريوغو في ورقة بحثية مُصاحبة (رقم 12). ومع ذلك، فإن نتائج هذه المجموعة الموسعة من البيانات تتوافق أيضًا مع وجود ارتباط بين جزيئات ريوغو والكوندريتات من نوع CI.
باستخدام تقنيات التحليل المجهري المنسق (الشكل التكميلي 3)، فحصنا التوزيع المكاني للكربون العضوي على كامل مساحة سطح جزء شعاع الأيونات المركّز (FIB) C0068.25 (الأشكال 3أ-و). تُظهر أطياف امتصاص الأشعة السينية للبنية الدقيقة للكربون (NEXAFS) عند الحافة القريبة في المقطع C0068.25 عدة مجموعات وظيفية - عطرية أو C=C (285.2 إلكترون فولت)، C=O (286.5 إلكترون فولت)، CH (287.5 إلكترون فولت) وC(=O)O (288.8 إلكترون فولت) - بينما يغيب تركيب الجرافين عند 291.7 إلكترون فولت (الشكل 3أ)، مما يدل على انخفاض درجة التغير الحراري. تختلف قمة CH القوية (287.5 إلكترون فولت) للمواد العضوية الجزئية في النيزك C0068.25 عن المواد العضوية غير الذائبة في النيازك الكربونية الكوندريتية التي دُرست سابقًا، وهي أقرب إلى جسيمات IDP14 والجسيمات المذنبة التي جُمعت بواسطة مهمة ستاردست. تشير قمة CH القوية عند 287.5 إلكترون فولت وقمة C=C العطرية أو الضعيفة جدًا عند 285.2 إلكترون فولت إلى أن المركبات العضوية غنية بالمركبات الأليفاتية (الشكل 3أ والشكل التكميلي 3أ). تتركز المناطق الغنية بالمركبات العضوية الأليفاتية في السيليكات الصفائحية الخشنة الحبيبات، وكذلك في المناطق ذات البنية الكربونية العطرية (أو C=C) الضعيفة (الشكل 3ج، د). في المقابل، أظهر النيزك A0037,22 (الشكل التكميلي 3) جزئيًا محتوى أقل من المناطق الغنية بالكربون الأليفاتي. تتميز التركيبة المعدنية الأساسية لهذه الحبيبات بغناها بالكربونات، على غرار الكوندريت CI 16، مما يشير إلى تغيرات واسعة النطاق في مياه المصدر (الجدول التكميلي 1). من شأن الظروف المؤكسدة أن تُفضّل تركيزات أعلى من مجموعات الكربونيل والكربوكسيل الوظيفية في المركبات العضوية المرتبطة بالكربونات. قد يختلف التوزيع دون الميكروني للمواد العضوية ذات البنية الكربونية الأليفاتية اختلافًا كبيرًا عن توزيع السيليكات الطبقية الخشنة الحبيبات. وقد وُجدت دلائل على وجود مركبات عضوية أليفاتية مرتبطة بـ OH-السيليكات الصفائحية في نيزك بحيرة تاغيش. تشير بيانات التحليل المجهري المنسقة إلى أن المادة العضوية الغنية بالمركبات الأليفاتية قد تكون منتشرة على نطاق واسع في الكويكبات من النوع C ومرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالسيليكات الصفائحية. يتوافق هذا الاستنتاج مع التقارير السابقة عن وجود CHs أليفاتية/عطرية في جزيئات ريوغو، والتي تم إثباتها بواسطة مجهر MicroOmega، وهو مجهر طيفي فائق يعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة. يبقى السؤال المهم الذي لم يتم حله هو ما إذا كانت الخصائص الفريدة للمركبات العضوية الغنية بالكربون الأليفاتية المرتبطة بالسيليكات الصفائحية الخشنة الحبيبات التي لوحظت في هذه الدراسة موجودة فقط على الكويكب ريوجو.
أ- أطياف امتصاص الأشعة السينية القريبة من الحافة (NEXAFS) للكربون، مُعايرةً إلى 292 إلكترون فولت، في المنطقة الغنية بالمركبات العطرية (C=C) (باللون الأحمر)، وفي المنطقة الغنية بالمركبات الأليفاتية (باللون الأخضر)، وفي المادة الأساسية (باللون الأزرق). الخط الرمادي هو طيف مورشيسون 13 للمواد العضوية غير القابلة للذوبان للمقارنة. وحدة تحكيم (au). ب- صورة طيفية مجهرية للأشعة السينية الماسحة النافذة (STXM) لحافة امتصاص الكربون K، تُظهر أن المقطع يهيمن عليه الكربون. ج- مخطط مركب RGB مع المناطق الغنية بالمركبات العطرية (C=C) (باللون الأحمر)، والمناطق الغنية بالمركبات الأليفاتية (باللون الأخضر)، والمادة الأساسية (باللون الأزرق). د- تتركز المواد العضوية الغنية بالمركبات الأليفاتية في السيليكات الصفائحية الخشنة الحبيبات، والمنطقة مُكبّرة من المربعات البيضاء المنقطة في ب وج. هـ- كريات نانوية كبيرة (نانوغرام-1) في المنطقة المُكبّرة من المربع الأبيض المنقط في ب وج. For: بيروتيت. Pn: كروميت النيكل. و، صور العناصر النانوية لـ NanoSIMS، الهيدروجين (1H)، الكربون (12C)، والنيتروجين (12C14N)، صور نسبة العناصر 12C/1H، وصور النظائر المتقاطعة δD، δ13C، وδ15N - القسم PG-1: الجرافيت ما قبل الشمسي مع إثراء 13C شديد (الجدول التكميلي 4).
يمكن أن توفر الدراسات الحركية لتحلل المادة العضوية في نيازك مورشيسون معلومات مهمة حول التوزيع غير المتجانس للمادة العضوية الأليفاتية الغنية في حبيبات ريوغو. تُظهر هذه الدراسة أن روابط CH الأليفاتية في المادة العضوية تستمر حتى درجة حرارة قصوى تبلغ حوالي 30 درجة مئوية في الصخرة الأم، و/أو تتغير وفقًا لعلاقات الزمن ودرجة الحرارة (على سبيل المثال، 200 عام عند 100 درجة مئوية و0 درجة مئوية لمدة 100 مليون سنة). إذا لم يتم تسخين الصخرة الأم عند درجة حرارة معينة لفترة زمنية محددة، فقد يُحفظ التوزيع الأصلي للمواد العضوية الأليفاتية الغنية بالفيليسيليكات. ومع ذلك، قد تُعقّد تغيرات مياه الصخور المصدرية هذا التفسير، حيث لا تُظهر العينة A0037 الغنية بالكربونات أي مناطق أليفاتية غنية بالكربون مرتبطة بالفيليسيليكات. يتوافق هذا التغير في درجة الحرارة المنخفضة تقريبًا مع وجود الفلسبار المكعب في حبيبات ريوغو (الجدول التكميلي 1) 20.
يحتوي الجزء C0068.25 (نانوغرام-1؛ الأشكال 3أ-ج، هـ) على جسيم نانوي كروي كبير يُظهر طيفًا عطريًا عاليًا (أو C=C)، وطيفًا أليفاتيًا متوسطًا، وطيفًا ضعيفًا لـ C(=O)O وC=O. لا تتطابق بصمة الكربون الأليفاتي مع بصمة المواد العضوية غير الذائبة في الكتلة والجسيمات النانوية العضوية المرتبطة بالكوندريتات (الشكل 3أ) 17،21. أظهر التحليل الطيفي الراماني والأشعة تحت الحمراء للجسيمات النانوية في بحيرة تاجيش أنها تتكون من مركبات عضوية أليفاتية ومؤكسدة، ومركبات عضوية عطرية متعددة الحلقات غير منتظمة ذات بنية معقدة 22،23. نظرًا لاحتواء المادة المحيطة على مواد عضوية غنية بالمركبات الأليفاتية، فقد تكون بصمة الكربون الأليفاتي في نانوغرام-1 ناتجة عن خطأ تحليلي. ومن المثير للاهتمام أن العينة ng-1 تحتوي على سيليكات غير متبلورة مدمجة (الشكل 3هـ)، وهو نسيج لم يُرصد من قبل في أي مركبات عضوية خارج الأرض. قد تكون السيليكات غير المتبلورة مكونات طبيعية للعينة ng-1 أو ناتجة عن تحول السيليكات المائية/اللامائية إلى الحالة غير المتبلورة بفعل حزمة الأيونات و/أو الإلكترونات أثناء التحليل.
تُظهر صور أيونات NanoSIMS للقسم C0068.25 (الشكل 3f) تغيرات منتظمة في نسب δ13C وδ15N، باستثناء الحبيبات ما قبل الشمسية ذات الإثراء الكبير بالكربون-13 (30811‰) (PG-1 في صورة δ13C في الشكل 3f) (الجدول التكميلي 4). تُظهر صور الحبيبات الأولية بالأشعة السينية وصور المجهر الإلكتروني النافذ عالي الدقة تركيز الكربون فقط والمسافة بين المستويات القاعدية البالغة 0.3 نانومتر، والتي تتوافق مع الجرافيت. من الجدير بالذكر أن قيم δD (841 ± 394‰) وδ15N (169 ± 95‰)، الغنية بالمواد العضوية الأليفاتية المرتبطة بالسيليكات الصفائحية الخشنة الحبيبات، أعلى قليلاً من المتوسط ​​في المنطقة C بأكملها (δD = 528 ± 139‰، δ15N = 67 ± 15‰) في العينة C0068.25 (الجدول التكميلي 4). تشير هذه الملاحظة إلى أن المواد العضوية الغنية بالأليفاتية في السيليكات الصفائحية الخشنة الحبيبات قد تكون أكثر بدائية من المواد العضوية المحيطة بها، إذ ربما تكون الأخيرة قد خضعت لتبادل نظائري مع الماء المحيط في الجسم الأصلي. وبدلاً من ذلك، قد تكون هذه التغيرات النظائرية مرتبطة أيضاً بعملية التكوين الأولية. يُعتقد أن السيليكات الطبقية ذات الحبيبات الدقيقة في النيازك الكوندريتية من نوع CI قد تشكلت نتيجةً للتغير المستمر في تجمعات السيليكات اللامائية الأصلية ذات الحبيبات الخشنة. وقد تكونت المادة العضوية الغنية بالمواد الأليفاتية من جزيئات أولية في القرص الكوكبي الأولي أو الوسط بين النجوم قبل تشكل النظام الشمسي، ثم تعرضت لتغيرات طفيفة أثناء تغيرات الماء في الجسم الأم ريوغو (الكبير). حجم ريوجو (<1.0 كم) صغير جدًا بحيث لا يمكنه الحفاظ على الحرارة الداخلية بشكل كافٍ للتغير المائي لتكوين المعادن المائية25. حجم ريوجو (<1.0 كم) صغير جدًا بحيث لا يمكنه الحفاظ على حرارة داخلية كافية للتغير المائي لتكوين المعادن المائية25. حجم (<1,0 كم) حجم صغير جدًا لضمان توفير المياه الساخنة لتطهير المياه باستخدام المياه مينيرالوف25. الحجم (<1.0 كم) ريوجو صغير جدًا بحيث لا يمكنه الحفاظ على حرارة داخلية كافية لتغيير الماء لتكوين المعادن المائية 25. ريوجو 的尺寸(<1.0 公里) 太小، 不足以维持内部热量以进行水蚀变形成含水矿物25. ريوجو 的尺寸(<1.0 公里) 太小، 不足以维持内部热量以进行水蚀变形成含水矿物25. حجم Рюгу (<1,0 км) сликом мал، чтобы поддерогивать внутrenнее тепло для зменения воды с образованием водный минералов25. حجم ريوجو (<1.0 كم) صغير جدًا بحيث لا يمكنه توفير الحرارة الداخلية اللازمة لتغيير الماء وتكوين المعادن المائية25.لذا، قد يتطلب الأمر وجود نيازك سابقة لريوغو بحجم عشرات الكيلومترات. قد تحتفظ المواد العضوية الغنية بالمركبات الأليفاتية بنسب نظائرها الأصلية نتيجة ارتباطها بسيليكات صفائحية خشنة الحبيبات. مع ذلك، تبقى الطبيعة الدقيقة للعناصر الحاملة للنظائر الثقيلة غير مؤكدة بسبب الاختلاط المعقد والدقيق للمكونات المختلفة في هذه الأجزاء من نيزك ريوغو. قد تكون هذه العناصر مواد عضوية غنية بالمركبات الأليفاتية في حبيبات ريوغو أو سيليكات صفائحية خشنة تحيط بها. تجدر الإشارة إلى أن المواد العضوية في جميع النيازك الكوندريتية الكربونية تقريبًا (بما في ذلك نيازك CI) تميل إلى أن تكون أغنى بالديوتيريوم منها بالسيليكات الصفائحية، باستثناء نيازك CM Paris 24 و26.
تُظهر الرسوم البيانية لحجم δD وδ15N لشرائح FIB المُستخلصة من A0002.23 وA0002.26، وA0037.22 وA0037.23، وC0068.23 وC0068.25 وC0068.26 (إجمالي سبع شرائح FIB من ثلاث جسيمات من ريوغو). وتُظهر المقارنة بين NanoSIMS وأجسام أخرى في النظام الشمسي في الشكل 4 (الجدول التكميلي 4)^27،28. تتوافق تغيرات الحجم في δD وδ15N في ملفات تعريف A0002 وA0037 وC0068 مع تلك الموجودة في الجسيمات بين الكوكبية، ولكنها أعلى منها في النيازك الكوندريتية من نوعي CM وCI (الشكل 4). تجدر الإشارة إلى أن نطاق قيم δD لعينة المذنب 29 (-240 إلى 1655‰) أكبر من نطاق قيم ريوغو. عادةً ما تكون قيم δD وδ15N في عينات ريوغو أصغر من المتوسط ​​في مذنبات عائلة المشتري وسحابة أورت (الشكل 4). قد تعكس قيم δD المنخفضة في النيازك الكوندريتية من النوع CI تأثير التلوث الأرضي في هذه العينات. ونظرًا لأوجه التشابه بين بيلز وبحيرة تاغيش والجسيمات بين الكواكب، فإن التباين الكبير في قيم δD وδN في جسيمات ريوغو قد يعكس تغيرات في البصمات النظيرية الأولية للتركيبات العضوية والمائية في النظام الشمسي المبكر. تشير التغيرات النظيرية المتشابهة في δD وδN في جسيمات ريوغو والجسيمات بين الكواكب إلى احتمال تشكل كليهما من مواد من المصدر نفسه. يُعتقد أن الجسيمات بين الكواكب تنشأ من مصادر مذنبية¹⁴. لذلك، قد يحتوي ريوغو على مواد شبيهة بالمذنبات و/أو على الأقل من النظام الشمسي الخارجي. مع ذلك، قد يكون هذا الأمر أكثر صعوبة مما ذكرناه هنا، وذلك بسبب (1) وجود خليط من الماء الكروي والماء الغني بالديوتيريوم على الجسم الأم 31، و(2) نسبة الديوتيريوم إلى الهيدروجين في المذنب كدالة لنشاطه المذنب 32. ومع ذلك، فإن أسباب عدم تجانس نظائر الهيدروجين والنيتروجين الملحوظ في جزيئات ريوغو غير مفهومة تمامًا، ويعود ذلك جزئيًا إلى محدودية عدد التحليلات المتاحة حاليًا. ولا تزال نتائج أنظمة نظائر الهيدروجين والنيتروجين تُشير إلى احتمال احتواء ريوغو على معظم المواد من خارج النظام الشمسي، وبالتالي قد يُظهر بعض التشابه مع المذنبات. ولم يُظهر ملف ريوغو أي ارتباط واضح بين δ13C وδ15N (الجدول التكميلي 4).
يتوافق التركيب النظائري الإجمالي للهيدروجين والنيتروجين في جسيمات ريوغو (الدوائر الحمراء: A0002، A0037؛ الدوائر الزرقاء: C0068) مع القدر الشمسي 27، ومتوسط ​​عائلة مذنبات المشتري (JFC27)، ومذنبات سحابة أورت (OCC27)، والجسيمات بين الكوكبية 28، والكوندريتات الكربونية. مقارنة النيزك 27 (CI، CM، CR، C2-ung). يرد التركيب النظائري في الجدول التكميلي 4. الخطوط المنقطة تمثل قيم النظائر الأرضية للهيدروجين والنيتروجين.
لا يزال انتقال المواد المتطايرة (مثل المواد العضوية والماء) إلى الأرض مصدر قلق^26،27،33. قد تكون المواد العضوية دون الميكرونية المرتبطة بالسيليكات الصفائحية الخشنة في جزيئات ريوغو، التي تم تحديدها في هذه الدراسة، مصدرًا مهمًا للمواد المتطايرة. تتمتع المواد العضوية في السيليكات الصفائحية الخشنة بحماية أفضل من التحلل^16،34 والانحلال³⁵ مقارنةً بالمواد العضوية في المصفوفات الدقيقة. يشير التركيب النظائري الأثقل للهيدروجين في هذه الجزيئات إلى أنه من غير المرجح أن تكون المصدر الوحيد للمواد المتطايرة التي وصلت إلى الأرض في بداياتها. إذ يمكن أن تكون مختلطة بمكونات ذات تركيب نظائري أخف للهيدروجين، كما اقتُرح مؤخرًا في فرضية وجود الماء الناتج عن الرياح الشمسية في السيليكات.
في هذه الدراسة، نُبين أن نيازك CI، على الرغم من أهميتها الجيوكيميائية كممثلين للتركيب العام للنظام الشمسي،^6،10 هي عينات ملوثة من مصادر أرضية. كما نقدم أدلة مباشرة على التفاعلات بين المواد العضوية الأليفاتية الغنية والمعادن المائية المجاورة، ونشير إلى أن ريوغو قد يحتوي على مواد من خارج المجموعة الشمسية.³⁷ تُظهر نتائج هذه الدراسة بوضوح أهمية أخذ عينات مباشرة من الكويكبات الأولية، وضرورة نقل العينات المُعادة في ظروف معقمة وخاملة تمامًا. تُبين الأدلة المُقدمة هنا أن جزيئات ريوغو تُعد بلا شك من أنقى مواد النظام الشمسي المتاحة للبحوث المختبرية، وأن إجراء المزيد من الدراسات على هذه العينات الثمينة سيُوسع بلا شك فهمنا لعمليات النظام الشمسي المبكرة. تُعد جزيئات ريوغو أفضل تمثيل للتركيب العام للنظام الشمسي.
لتحديد البنية المجهرية المعقدة والخواص الكيميائية لعينات ذات أبعاد دون الميكرون، استخدمنا التصوير المقطعي المحوسب المعتمد على إشعاع السنكروترون (SR-XCT) وتحليل حيود الأشعة السينية المعتمد على إشعاع السنكروترون (XRD-CT)، بالإضافة إلى تحليل FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM. لم تُلاحظ أي علامات تدهور أو تلوث ناتج عن الغلاف الجوي للأرض، أو أي تلف من الجسيمات الدقيقة أو العوامل الميكانيكية للعينات. في الوقت نفسه، أجرينا تحليلاً حجمياً منهجياً باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)-EDS، وتحليل EPMA، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD)، وتحليل التنشيط النيوتروني الآلي (INAA)، وجهاز فلورة نظائر الأكسجين بالليزر. تُوضح إجراءات التحليل في الشكل التكميلي 3، ويتم وصف كل تحليل بالتفصيل في الأقسام التالية.
تم استخلاص جزيئات من الكويكب ريوغو من وحدة إعادة دخول المركبة الفضائية هايابوسا-2، ونُقلت إلى مركز التحكم التابع لوكالة استكشاف الفضاء اليابانية (جاكسا) في ساغاميهارا، اليابان، دون تلويث الغلاف الجوي للأرض.⁴ بعد إجراء التحليل الأولي غير المتلف في منشأة تديرها جاكسا، استُخدمت حاويات نقل محكمة الإغلاق بين المواقع وأكياس كبسولات العينات (مصنوعة من بلورات الياقوت والفولاذ المقاوم للصدأ بقطر 10 أو 15 مم، حسب حجم العينة) لتجنب التلوث البيئي.³⁸ لتجنب التلف والتلوث الناتج عن التفاعل مع الغلاف الجوي للأرض (بخار الماء والأكسجين)، أُجريت جميع أنواع تحضير العينات (بما في ذلك التقطيع باستخدام إزميل التنتالوم، ومنشار سلكي ماسي متوازن (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400)، وقطع الإيبوكسي) في صندوق القفازات تحت غاز النيتروجين النظيف والجاف (نقطة الندى: من -80 إلى -60 درجة مئوية، تركيز الأكسجين: من 50 إلى 100 جزء في المليون). وتم تنظيف جميع الأدوات المستخدمة هنا بمزيج من الماء فائق النقاء والإيثانول باستخدام الموجات فوق الصوتية بترددات مختلفة.
هنا ندرس مجموعة النيازك التابعة للمعهد الوطني لأبحاث القطب الجنوبي (NIPR) التابع لمركز أبحاث النيازك في القطب الجنوبي (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 and CY: Y 980115).
لنقل العينات بين الأجهزة الخاصة بتحليل SR-XCT و NanoSIMS و STXM-NEXAFS و TEM، استخدمنا حامل العينات فائق الرقة العالمي الموصوف في الدراسات السابقة 38.
أُجري تحليل SR-XCT لعينات ريوجو باستخدام نظام التصوير المقطعي المتكامل BL20XU/SPring-8. يتألف هذا النظام من أوضاع قياس متعددة: وضع مجال الرؤية الواسع والدقة المنخفضة (WL) لتصوير بنية العينة بالكامل، ووضع مجال الرؤية الضيق والدقة العالية (NH) لقياس مساحة العينة بدقة. كما يتضمن النظام صورًا شعاعية للحصول على نمط حيود لحجم العينة، بالإضافة إلى تصوير حيود الأشعة السينية المقطعي (XRD-CT) للحصول على مخطط ثنائي الأبعاد للأطوار المعدنية في المستوى الأفقي للعينة. تجدر الإشارة إلى إمكانية إجراء جميع القياسات دون الحاجة إلى إزالة حامل العينة من القاعدة، مما يتيح إجراء قياسات دقيقة باستخدام التصوير المقطعي (CT) وXRD-CT. تم تجهيز كاشف الأشعة السينية في وضع الإضاءة البيضاء (BM AA40P؛ Hamamatsu Photonics) بكاميرا إضافية من نوع أشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة (CMOS) بدقة 4608 × 4608 بكسل (C14120-20P؛ Hamamatsu Photonics) مزودة بمادة وميضية تتكون من 10 ميكرومتر من بلورة أحادية من غارنيت الألومنيوم واللوتيتيوم (Lu3Al5O12:Ce) وعدسة مرحّلة. يبلغ حجم البكسل في وضع الإضاءة البيضاء حوالي 0.848 ميكرومتر. وبالتالي، يبلغ مجال الرؤية في وضع الإضاءة البيضاء حوالي 6 مليمترات في وضع التصوير المقطعي المحوسب ذي الإزاحة. تم تجهيز كاشف الأشعة السينية في وضع NH (BM AA50؛ Hamamatsu Photonics) بمادة وميضية من غارنيت الغادولينيوم-الألومنيوم-الغاليوم (Gd3Al2Ga3O12) بسماكة 20 ميكرومتر، وكاميرا CMOS (C11440-22CU) بدقة 2048 × 2048 بكسل (Hamamatsu Photonics)، وعدسة تكبير ×20. يبلغ حجم البكسل في وضع NH حوالي 0.25 ميكرومتر، ومجال الرؤية حوالي 0.5 مليمتر. أما كاشف وضع XRD (BM AA60؛ Hamamatsu Photonics) فقد تم تجهيزه بمادة وميضية تتكون من شاشة مسحوق P43 (Gd2O2S:Tb) بسماكة 50 ميكرومتر، وكاميرا CMOS بدقة 2304 × 2304 بكسل (C15440-20UP؛ Hamamatsu Photonics)، وعدسة تحويل. يبلغ حجم البكسل الفعال للكاشف 19.05 ميكرومترًا، ومجال رؤيته 43.9 مليمترًا مربعًا. ولزيادة مجال الرؤية، طبقنا إجراء التصوير المقطعي المحوسب بإزاحة في وضع الضوء الأبيض. تتكون صورة الضوء المنقول لإعادة بناء التصوير المقطعي المحوسب من صورة في نطاق 180° إلى 360° منعكسة أفقيًا حول محور الدوران، وصورة أخرى في نطاق 0° إلى 180°.
في وضع حيود الأشعة السينية (XRD)، يتم تركيز شعاع الأشعة السينية بواسطة صفيحة منطقة فريسنل. في هذا الوضع، يوضع الكاشف على بُعد 110 مم خلف العينة، بينما يوضع حاجز الشعاع على بُعد 3 مم أمام الكاشف. تم الحصول على صور الحيود في نطاق 2θ من 1.43° إلى 18.00° (خطوة المحزز d = 16.6–1.32 Å) مع تركيز بقعة الأشعة السينية في أسفل مجال رؤية الكاشف. تتحرك العينة عموديًا على فترات منتظمة، بنصف دورة لكل خطوة مسح عمودي. إذا استوفت جزيئات المعدن شرط براغ عند تدويرها بمقدار 180°، فمن الممكن الحصول على حيود جزيئات المعدن في المستوى الأفقي. ثم جُمعت صور الحيود في صورة واحدة لكل خطوة مسح عمودي. ظروف فحص حيود الأشعة السينية المتزامن مع التصوير المقطعي المحوسب (SR-XRD-CT) مماثلة تقريبًا لظروف فحص حيود الأشعة السينية المتزامن (SR-XRD). في وضع حيود الأشعة السينية المتزامن مع التصوير المقطعي المحوسب (XRD-CT)، يوضع الكاشف على بُعد 69 مم خلف العينة. تتراوح صور حيود الأشعة السينية في نطاق 2θ من 1.2° إلى 17.68° (d = 19.73 إلى 1.35 Å)، حيث يكون كل من شعاع الأشعة السينية ومحدد الشعاع على خط واحد مع مركز مجال رؤية الكاشف. يتم مسح العينة أفقيًا وتدويرها 180°. أُعيد بناء صور SR-XRD-CT باستخدام شدة ذروة المعادن كقيم بكسل. عند المسح الأفقي، تُمسح العينة عادةً على 500-1000 خطوة.
في جميع التجارب، تم تثبيت طاقة الأشعة السينية عند 30 كيلو إلكترون فولت، لأنها الحد الأدنى لاختراق الأشعة السينية للنيازك التي يبلغ قطرها حوالي 6 مم. بلغ عدد الصور الملتقطة لجميع قياسات التصوير المقطعي المحوسب خلال دوران 180 درجة 1800 صورة (3600 صورة لبرنامج التصوير المقطعي المحوسب ذي الإزاحة)، وكان زمن التعريض للصور 100 مللي ثانية لوضع الضوء الأبيض، و300 مللي ثانية لوضع الضوء الطبيعي، و500 مللي ثانية لتقنية حيود الأشعة السينية، و50 مللي ثانية لتقنية حيود الأشعة السينية والتصوير المقطعي المحوسب. يبلغ زمن مسح العينة النموذجي حوالي 10 دقائق في وضع الضوء الأبيض، و15 دقيقة في وضع الضوء الطبيعي، و3 ساعات لتقنية حيود الأشعة السينية، و8 ساعات لتقنية حيود الأشعة السينية والتصوير المقطعي المحوسب.
أُعيد بناء صور الأشعة المقطعية باستخدام تقنية الإسقاط الخلفي التلافيفي، وتمت معايرتها بمعامل توهين خطي يتراوح من 0 إلى 80 سم-1. استُخدم برنامج Slice لتحليل البيانات ثلاثية الأبعاد، بينما استُخدم برنامج muXRD لتحليل بيانات حيود الأشعة السينية.
تم صقل جزيئات ريوغو المثبتة بالإيبوكسي (A0029، A0037، C0009، C0014، وC0068) تدريجيًا على السطح حتى مستوى طبقة صقل ماسية بسمك 0.5 ميكرومتر (3M) في ظروف جافة، مع تجنب ملامسة المادة للسطح أثناء عملية الصقل. تم فحص السطح المصقول لكل عينة أولًا بالمجهر الضوئي، ثم باستخدام الإلكترونات المرتدة للحصول على صور المعادن والنسيج (BSE) للعينات، بالإضافة إلى تحديد العناصر النوعية باستخدام مجهر المسح الإلكتروني JEOL JSM-7100F المزود بمطياف تشتت الطاقة (AZtec). وتم تحليل محتوى العناصر الرئيسية والثانوية لكل عينة باستخدام محلل دقيق للمسبار الإلكتروني (EPMA، JEOL JXA-8200). تم تحليل جزيئات السيليكات الصفائحية والكربونات عند 5 نانو أمبير، والمعايير الطبيعية والاصطناعية عند 15 كيلو إلكترون فولت، والكبريتيدات، والماغنيتيت، والأوليفين، والبيروكسين عند 30 نانو أمبير. تم حساب الدرجات النموذجية من خرائط العناصر وصور BSE باستخدام برنامج ImageJ 1.53 مع تحديد عتبات مناسبة بشكل تعسفي لكل معدن.
أُجري تحليل نظائر الأكسجين في الجامعة المفتوحة (ميلتون كينز، المملكة المتحدة) باستخدام نظام فلورة ليزرية بالأشعة تحت الحمراء. وتم تسليم عينات هايابوسا 2 إلى الجامعة المفتوحة في حاويات مملوءة بالنيتروجين لنقلها بين المرافق.
تم تحميل العينات داخل صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين مع مراقبة مستوى الأكسجين بحيث لا يتجاوز 0.1%. ولأغراض التحليل باستخدام مادة Hayabusa2، صُمم حامل عينات جديد من النيكل، يتكون من فتحتين فقط (قطر كل منهما 2.5 مم، وعمقه 5 مم)، إحداهما لجزيئات Hayabusa2 والأخرى لمعيار الأوبسيديان الداخلي. أثناء التحليل، غُطيت حجرة العينة التي تحتوي على مادة Hayabusa2 بنافذة داخلية من فلوريد الباريوم (BaF2) بسمك 1 مم تقريبًا وقطر 3 مم لتثبيت العينة أثناء تفاعل الليزر. وتم الحفاظ على تدفق بروميد البروم (BrF5) إلى العينة عبر قناة خلط غازية محفورة في حامل العينات النيكل. كما أُعيد تصميم حجرة العينة بحيث يمكن فصلها عن خط الفلورة الفراغية ثم فتحها داخل صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين. وتم إحكام إغلاق الحجرة المكونة من قطعتين باستخدام حشية ضغط نحاسية ومشبك سلسلة EVAC Quick Release CeFIX 38. وتتيح نافذة من فلوريد الباريوم (BaF2) بسمك 3 مم في أعلى الحجرة مراقبة العينة وتسخين الليزر في آن واحد. بعد تحميل العينة، يُعاد تثبيت الحجرة وتوصيلها بالخط الفلوري. قبل التحليل، سُخّنت حجرة العينة تحت فراغ إلى حوالي 95 درجة مئوية طوال الليل لإزالة أي رطوبة ممتصة. بعد التسخين، تُرِكت الحجرة لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة، ثم نُظّف الجزء المُعرّض للهواء أثناء نقل العينة بثلاث دفعات من محلول BrF5 لإزالة الرطوبة. تضمن هذه الإجراءات عدم تعرّض عينة Hayabusa 2 للهواء وعدم تلوثها بالرطوبة من جزء الخط الفلوري المُصرّف إلى الهواء أثناء تحميل العينة.
تم تحليل عينات جسيمات ريوغو C0014-4 وأورغويل (CI) باستخدام نمط "أحادي" مُعدَّل⁴²، بينما أُجري تحليل Y-82162 (CY) على صينية واحدة ذات آبار عينات متعددة⁴¹. ونظرًا لتركيبها اللامائي، فليس من الضروري استخدام طريقة واحدة لتحليل الكوندريتات من نوع CY. سُخِّنت العينات باستخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون بالأشعة تحت الحمراء من شركة فوتون ماشينز، بقدرة 50 واط (10.6 ميكرومتر)، مُثبَّت على حامل ثلاثي المحاور (XYZ) في وجود بروميد الفلور (BrF₅). يراقب نظام الفيديو المُدمج مسار التفاعل. بعد الفلورة، نُقِّيَ الأكسجين المُتحرِّر باستخدام مصيدتين من النيتروجين المُبرَّد وطبقة ساخنة من بروميد البوتاسيوم (KBr) لإزالة أي فائض من الفلور. حُلِّل التركيب النظائري للأكسجين المُنقَّى باستخدام مطياف الكتلة ثنائي القنوات من شركة ثيرمو فيشر (MAT 253) بدقة كتلة تبلغ حوالي 200.
في بعض الحالات، كانت كمية الأكسجين الغازي المنطلق أثناء تفاعل العينة أقل من 140 ميكروغرام، وهو الحد التقريبي لاستخدام جهاز المنفاخ في مطياف الكتلة MAT 253. في هذه الحالات، يُنصح باستخدام أحجام صغيرة جدًا للتحليل. بعد تحليل جزيئات Hayabusa2، تم فلورة المعيار الداخلي من الأوبسيديان وتحديد تركيبه النظائري للأكسجين.
تتداخل أيونات شظية NF+ NF3+ مع الحزمة ذات الكتلة 33 (16O17O). ولتجنب هذه المشكلة المحتملة، تُعالج معظم العينات باستخدام إجراءات الفصل بالتبريد. يمكن إجراء ذلك في الاتجاه الأمامي قبل تحليل MAT 253 أو كتحليل ثانٍ بإعادة الغاز المُحلل إلى المنخل الجزيئي الخاص وإعادة تمريره بعد الفصل بالتبريد. يتضمن الفصل بالتبريد تزويد المنخل الجزيئي بالغاز عند درجة حرارة النيتروجين السائل ثم تفريغه في منخل جزيئي أولي عند درجة حرارة -130 درجة مئوية. وقد أظهرت اختبارات مكثفة أن NF+ يبقى على المنخل الجزيئي الأول ولا يحدث تجزئة ملحوظة باستخدام هذه الطريقة.
استنادًا إلى تحليلات متكررة لمعايير الأوبسيديان الداخلية لدينا، تبلغ الدقة الإجمالية للنظام في وضع المنفاخ: ±0.053‰ لـ δ17O، و±0.095‰ لـ δ18O، و±0.018‰ لـ Δ17O (انحرافان معياريان). يُعطى تحليل نظائر الأكسجين باستخدام ترميز دلتا القياسي، حيث يُحسب دلتا 18O كما يلي:
استخدم أيضًا نسبة 17O/16O لحساب δ17O. VSMOW هو المعيار الدولي لمعيار مياه البحر المتوسط ​​في فيينا. يُمثل Δ17O الانحراف عن خط تجزئة الأرض، وصيغة حسابه هي: Δ17O = δ17O – 0.52 × δ18O. جميع البيانات الواردة في الجدول التكميلي 3 مُعدّلة وفقًا للفجوات.
تم استخلاص مقاطع بسمك يتراوح بين 150 و200 نانومتر تقريبًا من جسيمات ريوغو باستخدام جهاز هيتاشي هاي تك SMI4050 FIB في معهد جامستيك، معهد كوتشي لأخذ العينات الأساسية. تجدر الإشارة إلى أن جميع مقاطع FIB تم استخلاصها من شظايا غير معالجة من جسيمات غير معالجة بعد إخراجها من أوعية مملوءة بغاز النيتروجين لنقلها بين الأجسام. لم تُقاس هذه الشظايا بتقنية التصوير المقطعي المحوسب بالإشعاع السنكروتروني (SR-CT)، ولكن تمت معالجتها بأقل قدر من التعرض للغلاف الجوي للأرض لتجنب أي تلف أو تلوث محتمل قد يؤثر على طيف حافة امتصاص الكربون K. بعد ترسيب طبقة واقية من التنجستن، تم قطع المنطقة المراد دراستها (حتى 25 × 25 ميكرومتر مربع) وترقيقها باستخدام شعاع أيونات الغاليوم (Ga+) عند جهد تسريع 30 كيلوفولت، ثم عند 5 كيلوفولت وتيار مسبار 40 بيكو أمبير لتقليل تلف السطح. بعد ذلك، وُضعت المقاطع الرقيقة جدًا على شبكة نحاسية مكبرة (شبكة كوتشي) باستخدام جهاز تحكم دقيق مزود بجهاز FIB.
تم تغليف حبيبات ريوغو A0098 (1.6303 ملغ) وC0068 (0.6483 ملغ) مرتين في صفائح من البولي إيثيلين عالي النقاء داخل صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين النقي في منشأة SPring-8 دون أي تفاعل مع الغلاف الجوي للأرض. أُجري تحضير عينة JB-1 (صخرة مرجعية جيولوجية صادرة عن هيئة المسح الجيولوجي اليابانية) في جامعة طوكيو الحضرية.
أُجري تحليل التنشيط النيوتروني (INAA) في معهد العلوم الإشعاعية والنووية المتكاملة بجامعة كيوتو. عُرِّضت العينات للإشعاع مرتين باستخدام دورات إشعاع مختلفة، تم اختيارها وفقًا لنصف عمر النظير المستخدم في تحديد كمية العناصر. في البداية، عُرِّضت العينة للإشعاع في أنبوب إشعاع هوائي لمدة 30 ثانية. تبلغ تدفقات النيوترونات الحرارية والسريعة في الشكل 3، 4.6 × 10¹² و 9.6 × 10¹¹ سم⁻² ث⁻¹ على التوالي، وذلك لتحديد محتوى المغنيسيوم والألومنيوم والكالسيوم والتيتانيوم والفاناديوم والمنغنيز. كما عُرِّضت مواد كيميائية مثل أكسيد المغنيسيوم (نقاء 99.99%، شركة سوكاوا الكيميائية) والألومنيوم (نقاء 99.9%، شركة سوكاوا الكيميائية) ومعدن السيليكون (نقاء 99.999%، شركة فوجي فيلم واكو بيور كيميكال) للإشعاع لتصحيح التفاعلات النووية المتداخلة مثل تفاعل (n, n). كما تم تشعيع العينة بكلوريد الصوديوم (نقاء 99.99٪؛ MANAC) لتصحيح التغيرات في تدفق النيوترونات.
بعد التشعيع النيوتروني، استُبدلت الصفيحة الخارجية المصنوعة من البولي إيثيلين بأخرى جديدة، وقُيس إشعاع غاما المنبعث من العينة والمرجع مباشرةً باستخدام كاشف من الجرمانيوم. أُعيد تشعيع العينات نفسها لمدة 4 ساعات في أنبوب تشعيع هوائي. يحتوي الجهاز 2 على تدفقات نيوترونية حرارية وسريعة تبلغ 5.6 × 10¹² و1.2 × 10¹² سم⁻² ث⁻¹ على التوالي، وذلك لتحديد تركيزات العناصر التالية: الصوديوم، والبوتاسيوم، والكالسيوم، والسكانديوم، والكروم، والحديد، والكوبالت، والنيكل، والزنك، والغاليوم، والزرنيخ، والسيلينيوم، والأنتيمون، والأوزميوم، والإيريديوم، والذهب. شُعّعت عينات التحكم من الغاليوم، والزرنيخ، والسيلينيوم، والأنتيمون، والأوزميوم، والإيريديوم، والذهب بتطبيق كميات مناسبة (من 10 إلى 50 ميكروغرام) من محاليل قياسية ذات تراكيز معروفة لهذه العناصر على قطعتين من ورق الترشيح، ثم شُعّعت العينات. أُجريَ عدّ أشعة غاما في معهد العلوم الإشعاعية والنووية المتكاملة بجامعة كيوتو ومركز أبحاث الإشعاع بجامعة طوكيو الحضرية. وتتشابه الإجراءات التحليلية والمواد المرجعية المستخدمة في التحديد الكمي لعناصر التحليل بالتنشيط النيوتروني مع تلك الموصوفة في دراستنا السابقة.
تم استخدام جهاز حيود الأشعة السينية (Rigaku SmartLab) لجمع أنماط حيود عينات Ryugu A0029 (<1 ملغ)، A0037 (≪1 ملغ) و C0087 (<1 ملغ) في NIPR. تم استخدام جهاز حيود الأشعة السينية (Rigaku SmartLab) لجمع أنماط حيود عينات Ryugu A0029 (<1 ملغ)، A0037 (≪1 ملغ) و C0087 (<1 ملغ) في NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционный картин образцов Ryugu A0029 (<1 مللي جرام)، A0037 (≪1 مللي جرام) و C0087 (<1 مللي جرام) في NIPR. تم استخدام جهاز حيود الأشعة السينية (Rigaku SmartLab) لجمع أنماط حيود عينات Ryugu A0029 (<1 ملغ)، وA0037 (≪1 ملغ)، وC0087 (<1 ملغ) في NIPR.使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 مجم)، A0037 (<1 مجم) وC0087 (<1 مجم) 的衍射图案.使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 مجم)، A0037 (<1 مجم) وC0087 (<1 مجم) 的衍射图案. تم الحصول على Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг)، A0037 (<1 мг) و C0087 (<1 мг) в NIPR с использованием раентгеновского حيود (Rigaku SmartLab). تم الحصول على أنماط حيود الأشعة السينية للعينات Ryugu A0029 (<1 ملغ)، A0037 (<1 ملغ) و C0087 (<1 ملغ) في NIPR باستخدام جهاز حيود الأشعة السينية (Rigaku SmartLab).طُحنت جميع العينات إلى مسحوق ناعم على رقاقة سيليكون غير عاكسة باستخدام لوح زجاجي من الياقوت، ثم وُزعت بالتساوي على رقاقة السيليكون غير العاكسة دون أي سائل (ماء أو كحول). شروط القياس كالتالي: تم توليد إشعاع أشعة سينية من نوع Cu Kα بجهد أنبوب 40 كيلو فولت وتيار أنبوب 40 مللي أمبير، وطول الشق المحدد 10 مم، وزاوية التباعد 1/6 درجة، وسرعة الدوران في المستوى 20 دورة في الدقيقة، ونطاق 2θ (زاوية براغ المزدوجة) من 3 إلى 100 درجة، واستغرق التحليل حوالي 28 ساعة. استُخدمت بصريات براغ برينتانو. الكاشف عبارة عن كاشف أحادي البعد من أشباه موصلات السيليكون (D/teX Ultra 250). أُزيلت أشعة Cu Kβ السينية باستخدام مرشح نيكل. باستخدام العينات المتاحة، قورنت قياسات السابونيت المغنيسي الاصطناعي (JCSS-3501، شركة كونيمين للصناعات المحدودة)، والسربنتين (سربنتين ورقي، ميازو، نيكا)، والبيروتيت (أحادي الميل 4C، تشيهوا، مكسيكو واتس) لتحديد القمم، واستُخدمت بيانات حيود مسحوق البيانات من المركز الدولي لبيانات الحيود، والدولوميت (PDF 01-071-1662)، والماغنيتيت (PDF 00-019-0629). كما قورنت بيانات حيود ريوغو ببيانات الكوندريتات الكربونية المتغيرة هيدروألتياً، أورغويل CI، وY-791198 CM2.4، وY 980115 CY (مرحلة التسخين الثالثة، 500-750 درجة مئوية). أظهرت المقارنة تشابهاً مع أورغويل، ولكن ليس مع Y-791198 وY 980115.
تم قياس أطياف امتصاص الأشعة السينية القريبة من الحافة (NEXAFS) باستخدام حافة الكربون K لشرائح رقيقة جدًا من عينات مُحضّرة بتقنية الحزمة الأيونية المركزة (FIB) باستخدام قناة STXM BL4U في مرفق السنكروترون UVSOR التابع لمعهد العلوم الجزيئية (أوكازاكي، اليابان). يبلغ قطر بقعة الشعاع المُركّز بصريًا باستخدام صفيحة منطقة فريسنل حوالي 50 نانومترًا. تبلغ خطوة الطاقة 0.1 إلكترون فولت للبنية الدقيقة لمنطقة الحافة القريبة (283.6-292.0 إلكترون فولت)، و0.5 إلكترون فولت (280.0-283.5 إلكترون فولت و292.5-300.0 إلكترون فولت) للمنطقتين الأمامية والخلفية. تم ضبط زمن كل بكسل في الصورة على 2 مللي ثانية. بعد إخلاء الحجرة التحليلية لجهاز STXM، مُلئت بغاز الهيليوم عند ضغط حوالي 20 ملي بار. يُساعد ذلك على تقليل الانحراف الحراري لمعدات بصريات الأشعة السينية في الحجرة وحامل العينة، بالإضافة إلى تقليل تلف العينة أو أكسدتها. تم توليد أطياف الكربون عند حافة K بتقنية NEXAFS من بيانات مُكدسة باستخدام برنامج aXis2000 وبرنامج معالجة بيانات STXM الخاص. تجدر الإشارة إلى أنه تم استخدام علبة نقل العينة وصندوق القفازات لتجنب أكسدة العينة وتلوثها.
بعد تحليل STXM-NEXAFS، تم تحليل التركيب النظائري للهيدروجين والكربون والنيتروجين في شرائح Ryugu FIB باستخدام التصوير النظائري بجهاز JAMSTEC NanoSIMS 50L. تم توجيه حزمة أولية مركزة من أيونات السيزيوم (Cs+) بقوة 2 بيكو أمبير تقريبًا لتحليل نظائر الكربون والنيتروجين، و13 بيكو أمبير تقريبًا لتحليل نظائر الهيدروجين، على مساحة تتراوح بين 24 × 24 ميكرومتر مربع و30 × 30 ميكرومتر مربع على العينة. بعد رش مسبق لمدة 3 دقائق بتيار حزمة أولية قوي نسبيًا، بدأ كل تحليل بعد استقرار شدة الحزمة الثانوية. لتحليل نظائر الكربون والنيتروجين، تم الحصول على صور لـ 12C-، و13C-، و16O-، و12C14N-، و12C15N- في آنٍ واحد باستخدام كاشف متعدد الإرسال بسبعة مضاعفات إلكترونية، وبدقة كتلة تبلغ حوالي 9000، وهي كافية لفصل جميع المركبات النظيرية ذات الصلة. (مثل 12C1H على 13C و13C14N على 12C15N). أما لتحليل نظائر الهيدروجين، فقد تم الحصول على صور لـ 1H-، و2D-، و12C- بدقة كتلة تبلغ حوالي 3000 باستخدام كاشف متعدد الإرسال بثلاثة مضاعفات إلكترونية. يتكون كل تحليل من 30 صورة ممسوحة ضوئيًا لنفس المنطقة، حيث تتكون كل صورة من 256 × 256 بكسل لتحليل نظائر الكربون والنيتروجين، و128 × 128 بكسل لتحليل نظائر الهيدروجين. يبلغ زمن التأخير 3000 ميكروثانية لكل بكسل لتحليل نظائر الكربون والنيتروجين، و5000 ميكروثانية لكل بكسل لتحليل نظائر الهيدروجين. وقد استخدمنا هيدرات 1-هيدروكسي بنزوتريازول كمعايير لنظائر الهيدروجين والكربون والنيتروجين لمعايرة التجزئة الكتلية الآلية.
لتحديد التركيب النظائري للسيليكون في الجرافيت ما قبل الشمسي في المقطع C0068-25 من مطياف الحزمة الأيونية المركزة (FIB)، استخدمنا ستة مضاعفات إلكترونية بدقة كتلة تبلغ حوالي 9000. تتكون الصور من 256 × 256 بكسل بزمن تأخير 3000 ميكروثانية لكل بكسل. قمنا بمعايرة جهاز تجزئة الكتلة باستخدام رقائق السيليكون كمعايير لنظائر الهيدروجين والكربون والسيليكون.
تمت معالجة صور النظائر باستخدام برنامج التصوير NanoSIMS45 التابع لناسا. وتم تصحيح البيانات لمراعاة زمن التوقف لمضاعف الإلكترونات (44 نانوثانية) وتأثيرات الوصول شبه المتزامن. وتم استخدام محاذاة مسح مختلفة لكل صورة لتصحيح انحراف الصورة أثناء عملية التصوير. وتُنشأ صورة النظائر النهائية بإضافة الأيونات الثانوية من كل صورة لكل بكسل مسح.
بعد تحليل STXM-NEXAFS وNanoSIMS، تم فحص نفس المقاطع باستخدام مجهر إلكتروني نافذ (JEOL JEM-ARM200F) بجهد تسريع 200 كيلو فولت في كوتشي، JAMSTEC. تمت معاينة البنية المجهرية باستخدام مجهر إلكتروني نافذ ذي مجال ساطع ومجهر إلكتروني نافذ ماسح عالي الزاوية في مجال مظلم. تم تحديد الأطوار المعدنية بواسطة حيود الإلكترون النقطي وتصوير نطاق الشبكة البلورية، وأُجري التحليل الكيميائي بواسطة مطيافية تشتت الطاقة للأشعة السينية (EDS) باستخدام كاشف انزياح السيليكون بمساحة 100 مم² وبرنامج JEOL Analysis Station 4.30. وللتحليل الكمي، تم قياس شدة الأشعة السينية المميزة لكل عنصر في وضع المسح الضوئي للمجهر الإلكتروني النافذ مع زمن ثابت لاكتساب البيانات يبلغ 30 ثانية، ومساحة مسح شعاع تبلغ حوالي 100 × 100 نانومتر²، وتيار شعاع يبلغ 50 بيكو أمبير. تم تحديد نسبة (Si + Al)-Mg-Fe في السيليكات الطبقية باستخدام المعامل التجريبي k، المصحح للسمك، والمستمد من معيار البيروباجارنيت الطبيعي.
جميع الصور والتحليلات المستخدمة في هذه الدراسة متاحة على نظام أرشفة البيانات والاتصالات التابع لوكالة استكشاف الفضاء اليابانية (JAXA) (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. وتقدم هذه المقالة البيانات الأصلية.
كيتاري، ك. وآخرون. التركيب السطحي للكويكب 162173 ريوغو كما رُصد بواسطة جهاز هايابوسا 2 NIRS3. مجلة ساينس 364، 272-275.
كيم، إيه جيه ياماتو-تايب كربوناسيوس كوندريت (CY): نظائر لسطح كويكب ريوجو؟ الجيوكيمياء 79، 125531 (2019).
بيلورجيت، إس. وآخرون. أُجري أول تحليل تركيبي لعينات ريوجو باستخدام مجهر ميكروأوميغا فائق الطيف. علم الفلك الوطني 6، 221-225 (2021).
يادا، ت. وآخرون. تحليل أولي لعينة هيابوسا 2 التي تم إرجاعها من الكويكب ريوغو من النوع C. علم الفلك الوطني 6، 214-220 (2021).