Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro dosažení nejlepšího zážitku doporučujeme používat aktualizovaný prohlížeč (nebo v aplikaci Internet Explorer vypnout režim kompatibility). Mezitím budeme web vykreslovat bez stylů a JavaScriptu, abychom zajistili jeho nepřetržitou podporu.
Těkavé a bohaté na organickou hmotu asteroidy typu C mohou být jedním z hlavních zdrojů vody na Zemi. V současné době poskytují chondrity obsahující uhlík nejlepší představu o jejich chemickém složení, ale informace o meteoritech jsou zkreslené: pouze nejodolnější typy přežijí vstup do atmosféry a následnou interakci se zemským prostředím. Zde prezentujeme výsledky detailní volumetrické a mikroanalytické studie primární částice Ryugu, kterou na Zemi dopravila kosmická sonda Hajabusa-2. Částice Ryugu vykazují složení blízkou shodu s chemicky nefrakcionovanými, ale vodou pozměněnými chondrity CI (typu Iwuna), které se široce používají jako indikátor celkového složení sluneční soustavy. Tento vzorek ukazuje složitý prostorový vztah mezi bohatými alifatickými organickými látkami a vrstevnatými silikáty a indikuje maximální teplotu kolem 30 °C během vodní eroze. Nalezli jsme hojnost deuteria a diazonia, což odpovídá extrasolárnímu původu. Částice Ryugu jsou nejméně kontaminovaným a neoddělitelným mimozemským materiálem, jaký kdy byl studován, a nejlépe odpovídají celkovému složení sluneční soustavy.
Od června 2018 do listopadu 2019 provedla kosmická sonda Hajabusa2 Japonské agentury pro výzkum vesmíru (JAXA) rozsáhlý dálkový průzkum asteroidu Rjúgu. Data z blízkoinfračerveného spektrometru (NIRS3) na asteroidu Hajabusa-2 naznačují, že Rjúgu by mohl být složen z materiálu podobného tepelně a/nebo šokově metamorfovaným uhlíkatým chondritům. Nejbližší shodou je chondrit CY (typ Yamato) 2. Nízké albedo Rjúgu lze vysvětlit přítomností velkého množství složek bohatých na uhlík, stejně jako velikostí částic, pórovitostí a prostorovými zvětráváním. Sonda Hajabusa-2 provedla na Rjúze dvě přistání a odběr vzorků. Během prvního přistání 21. února 2019 byl získán povrchový materiál, který byl uložen v prostoru A návratové kapsle, a během druhého přistání 11. července 2019 byl materiál shromážděn poblíž umělého kráteru vytvořeného malým přenosným impaktorem. Tyto vzorky jsou uloženy na oddělení C. Počáteční nedestruktivní charakterizace částic ve fázi 1 ve speciálních, nekontaminovaných a čistým dusíkem naplněných komorách v zařízeních spravovaných JAXA ukázala, že částice Ryugu se nejvíce podobají chondritům CI4 a vykazují „různé úrovně variability“3. Zdánlivě protichůdnou klasifikaci Ryugu, podobně jako chondritům CY nebo CI, lze vyřešit pouze podrobnou izotopovou, elementární a mineralogickou charakterizací částic Ryugu. Zde prezentované výsledky poskytují solidní základ pro určení, které z těchto dvou předběžných vysvětlení celkového složení asteroidu Ryugu je nejpravděpodobnější.
Osm pelet Ryugu (celkem přibližně 60 mg), čtyři z komory A a čtyři z komory C, bylo přiděleno do fáze 2 k řízení týmu Kochi. Hlavním cílem studie je objasnit povahu, původ a evoluční historii asteroidu Ryugu a zdokumentovat podobnosti a rozdíly s dalšími známými mimozemskými vzorky, jako jsou chondrity, meziplanetární prachové částice (IDP) a vracející se komety. Vzorky odebrala mise NASA Stardust.
Detailní mineralogická analýza pěti zrn Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 a C0068) ukázala, že se skládají převážně z jemnozrnných a hrubozrnných fylosilikátů (~64–88 obj.%; obr. 1a, b, doplňkový obr. 1 a dodatečná tabulka 1). Hrubozrnné fylosilikáty se vyskytují jako zpeřené agregáty (o velikosti až desítek mikronů) v jemnozrnných matricích bohatých na fylosilikáty (o velikosti menší než několik mikronů). Vrstevnaté silikátové částice jsou symbionty serpentinu a saponitu (obr. 1c). Mapa (Si + Al)-Mg-Fe také ukazuje, že objemová vrstevnatá silikátová matrice má střední složení mezi serpentinem a saponitem (obr. 2a, b). Fylosilikátová matrice obsahuje uhličitanové minerály (~2–21 obj. %), sulfidové minerály (~2,4–5,5 obj. %) a magnetit (~3,6–6,8 obj. %). Jedna z částic zkoumaných v této studii (C0009) obsahovala malé množství (~0,5 obj. %) bezvodých silikátů (olivín a pyroxen), což může pomoci identifikovat zdrojový materiál, z něhož byl vyroben surový kámen Ryugu5. Tento bezvodý silikát je v peletách Ryugu vzácný a byl pozitivně identifikován pouze v peletách C0009. Uhličitany jsou v matrici přítomny jako fragmenty (méně než několik set mikronů), většinou dolomit, s malým množstvím uhličitanu vápenatého a brinellu. Magnetit se vyskytuje jako izolované částice, framboidy, plaky nebo kulovité agregáty. Sulfidy jsou zastoupeny hlavně pyrhotinem ve formě nepravidelných šestiúhelníkových hranolů/destiček nebo latí. Matrice obsahuje velké množství submikronového pentlanditu nebo v kombinaci s pyrhotinem. Fáze bohaté na uhlík (o velikosti <10 µm) se v matrici bohaté na fylosilikáty vyskytují všudypřítomně. Fáze bohaté na uhlík (o velikosti <10 µm) se v matrici bohaté na fylosilikáty vyskytují všudypřítomně. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) матрице. Fáze bohaté na uhlík (o velikosti <10 µm) se v matrici bohaté na fylosilikáty vyskytují všudypřítomně.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 филлосиликатам V matrici bohaté na fylosilikáty převládají fáze bohaté na uhlík (o velikosti <10 µm).Další pomocné minerály jsou uvedeny v doplňkové tabulce 1. Seznam minerálů stanovených z rentgenového difrakčního obrazce směsi C0087 a A0029 a A0037 je velmi shodný se seznamem stanoveným v chondritu CI (Orgueil), ale značně se liší od chondritů CY a CM (typ Mighei) (obrázek 1 s rozšířenými daty a doplňkový obrázek 2). Celkový obsah prvků v zrnech Ryugu (A0098, C0068) je také shodný s chondritem 6 CI (rozšířená data, obr. 2 a doplňková tabulka 2). Naproti tomu chondrity CM jsou ochuzeny o středně a vysoce těkavé prvky, zejména Mn a Zn, a vyšší obsah žáruvzdorných prvků7. Koncentrace některých prvků se značně liší, což může odrážet inherentní heterogenitu vzorku v důsledku malé velikosti jednotlivých částic a výsledného zkreslení vzorkování. Všechny petrologické, mineralogické a elementární charakteristiky naznačují, že zrna Ryugu jsou velmi podobná chondritům CI8,9,10. Významnou výjimkou je absence ferrihydritu a síranu v zrnech Ryugu, což naznačuje, že tyto minerály v chondritech CI vznikly pozemním zvětráváním.
a, Kompozitní rentgenový snímek suchého leštěného řezu C0068 s MgKα (červená), CaKα (zelená), FeKα (modrá) a SKα (žlutá). Frakce se skládá z vrstevnatých silikátů (červená: ~88 obj. %), uhličitanů (dolomit; světle zelená: ~1,6 obj. %), magnetitu (modrá: ~5,3 obj. %) a sulfidů (žlutá: sulfid = ~2,5 obj. %), esej. b, snímek oblasti kontury v zpětně rozptýlených elektronech na a. Bru – nezralý; Dole – dolomit; FeS je sulfid železa; Mag – magnetit; juice – mastek; Srp – serpentin. c, snímek typického srůstu saponitu a serpentinu s vysokým rozlišením zhotovený transmisní elektronovou mikroskopií (TEM), který ukazuje mřížkové pásy serpentinu a saponitu o velikosti 0,7 nm, respektive 1,1 nm.
Složení matrice a vrstevnatých silikátů (v %) částic Ryugu A0037 (plné červené kruhy) a C0068 (plné modré kruhy) je znázorněno v ternárním systému (Si+Al)-Mg-Fe. a, Výsledky elektronové mikroanalýzy (EPMA) vyneseny proti CI chondritům (Ivuna, Orgueil, Alais)16, zobrazené šedě pro srovnání. b, Analýza pomocí skenovacího TEM (STEM) a energeticky disperzní rentgenové spektroskopie (EDS) pro srovnání s meteority Orgueil9 a Murchison46 a hydratovaným IDP47. Byly analyzovány jemnozrnné a hrubozrnné fylosilikáty, přičemž se vyhýbaly malým částicím sulfidu železa. Tečkované čáry v a a b ukazují linie rozpouštění saponitu a serpentinu. Složení bohaté na železo v a může být způsobeno submikronovými zrny sulfidu železa uvnitř vrstevnatých silikátových zrn, což nelze vyloučit prostorovým rozlišením analýzy EPMA. Datové body s vyšším obsahem Si než saponit v b mohou být způsobeny přítomností nanorozměrného amorfního materiálu bohatého na křemík v mezerách fylosilikátové vrstvy. Počet analýz: N=69 pro A0037, N=68 pro EPMA, N=68 pro C0068, N=19 pro A0037 a N=27 pro C0068 pro STEM-EDS. c, izotopová mapa trioxyčástic Ryugu C0014-4 ve srovnání s hodnotami chondritů CI (Orgueil), CY (Y-82162) a literárními údaji (CM a C2-ung)41,48,49. Získali jsme data pro meteority Orgueil a Y-82162. CCAM je linie bezvodých uhlíkatých chondritových minerálů, TFL je dělicí linie pevniny. d, mapy Δ17O a δ18O částice Ryugu C0014-4, chondritu CI (Orgueil) a chondritu CY (Y-82162) (tato studie). Δ17O_Ryugu: Hodnota Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Průměrná hodnota Δ17O pro Orgueil. Δ17O_Y-82162: Průměrná hodnota Δ17O pro Y-82162. Pro srovnání jsou také uvedena data CI a CY z literatury 41, 48, 49.
Hmotnostní izotopová analýza kyslíku byla provedena na vzorku 1,83 mg materiálu extrahovaného z granulárního C0014 laserovou fluorací (Metody). Pro srovnání jsme analyzovali sedm kopií Orgueil (CI) (celková hmotnost = 8,96 mg) a sedm kopií Y-82162 (CY) (celková hmotnost = 5,11 mg) (Doplňková tabulka 3).
Na obr. 2d je znázorněno jasné oddělení Δ17O a δ18O mezi hmotnostně průměrnými částicemi Orgueilu a Ryugu ve srovnání s Y-82162. Hodnota Δ17O částice Ryugu C0014-4 je vyšší než u částice Orgeilu, a to i přes překrytí při 2 sd. Částice Ryugu mají vyšší hodnoty Δ17O ​​ve srovnání s Orgeilem, což může odrážet znečištění pozemských částic od jeho pádu v roce 1864. Zvětrávání v pozemském prostředí11 nutně vede k zabudování atmosférického kyslíku, čímž se celková analýza přibližuje k frakcionační linii pozemských částic (TFL). Tento závěr je v souladu s mineralogickými údaji (diskutovanými dříve), že zrna Ryugu neobsahují hydráty ani sírany, zatímco Orgeil ano.
Na základě výše uvedených mineralogických dat tyto výsledky podporují asociaci mezi zrny Ryugu a chondrity CI, ale vylučují asociaci chondritů CY. Skutečnost, že zrna Ryugu nejsou asociována s chondrity CY, které vykazují jasné známky dehydratační mineralogie, je záhadná. Orbitální pozorování Ryugu naznačují, že prošlo dehydratací, a proto je pravděpodobně složeno z materiálu CY. Důvody tohoto zjevného rozdílu zůstávají nejasné. Analýza izotopů kyslíku dalších částic Ryugu je prezentována v doprovodném článku 12. Výsledky tohoto rozšířeného souboru dat jsou však také v souladu se asociací mezi částicemi Ryugu a chondrity CI.
Pomocí koordinovaných mikroanalytických technik (doplňkový obr. 3) jsme zkoumali prostorové rozložení organického uhlíku po celém povrchu frakce fokusovaného iontového svazku (FIB) C0068.25 (obr. 3a–f). Spektra jemné struktury rentgenového záření uhlíku (NEXAFS) na blízkém okraji v řezu C0068.25 ukazují několik funkčních skupin – aromatické nebo C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), C(=O)O (287,5 eV) a C(=O)O (288,8 eV) – grafenová struktura chybí při 291,7 eV (obr. 3a), což znamená nízký stupeň tepelné variace. Silný pík C0068.25 (287,5 eV) parciálních organických látek C0068.25 se liší od nerozpustných organických látek dříve studovaných uhlíkatých chondritů a je více podobný IDP14 a kometárním částicím získaným misí Stardust. Silný pík CH při 287,5 eV a velmi slabý aromatický nebo C=C pík při 285,2 eV naznačují, že organické sloučeniny jsou bohaté na alifatické sloučeniny (obr. 3a a doplňkový obr. 3a). Oblasti bohaté na alifatické organické sloučeniny jsou lokalizovány v hrubozrnných fylosilikátech, stejně jako v oblastech se špatnou aromatickou (nebo C=C) uhlíkovou strukturou (obr. 3c,d). Naproti tomu A0037,22 (doplňkový obr. 3) částečně vykazoval nižší obsah oblastí bohatých na alifatický uhlík. Podkladová mineralogie těchto zrn je bohatá na uhličitany, podobně jako chondrit CI 16, což naznačuje rozsáhlou změnu zdrojové vody (doplňková tabulka 1). Oxidační podmínky budou upřednostňovat vyšší koncentrace karbonylových a karboxylových funkčních skupin v organických sloučeninách spojených s uhličitany. Submikronové rozložení organických látek s alifatickými uhlíkovými strukturami se může velmi lišit od rozložení hrubozrnných vrstevnatých silikátů. V meteoritu z jezera Tagish byly nalezeny náznaky alifatických organických sloučenin asociovaných s fylosilikátem-OH. Koordinovaná mikroanalytická data naznačují, že organická hmota bohatá na alifatické sloučeniny může být rozšířená v asteroidech typu C a úzce spojená s fylosilikáty. Tento závěr je v souladu s předchozími zprávami o alifatických/aromatických CH v částicích Ryugu, které byly prokázány pomocí MicroOmega, hyperspektrálního mikroskopu blízké infračervené oblasti. Důležitou a nevyřešenou otázkou je, zda se jedinečné vlastnosti alifatických organických sloučenin bohatých na uhlík asociovaných s hrubozrnnými fylosilikáty pozorované v této studii nacházejí pouze na asteroidu Ryugu.
a, uhlíková spektra NEXAFS normalizovaná na 292 eV v oblasti bohaté na aromatické látky (C=C) (červená), v oblasti bohaté na alifatické látky (zelená) a v matrici (modrá). Šedá čára představuje spektrum nerozpustných organických sloučenin Murchison 13 pro srovnání. au, arbitrážní jednotka. b, spektrální snímek uhlíkové K-hrany pořízený skenovací transmisní rentgenovou mikroskopií (STXM), ukazující, že v řezu dominuje uhlík. c, kompozitní graf RGB s oblastmi bohatými na aromatické látky (C=C) (červená), oblastmi bohatými na alifatické sloučeniny (zelená) a matricí (modrá). d, organické látky bohaté na alifatické sloučeniny jsou koncentrovány v hrubozrnném fylosilikátu, plocha je zvětšena z bílých tečkovaných rámečků v b a c. e, velké nanokuličky (ng-1) v oblasti zvětšené z bílého tečkovaného rámečku v b a c. Pro: pyrhotin. Pn: nikl-chromit. f, Nanoměřítková hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů (NanoSIMS), elementární snímky vodíku (1H), uhlíku (12C) a dusíku (12C14N), snímky poměrů prvků 12C/1H a křížové izotopové snímky δD, δ13C a δ15N – Sekce PG-1: presolární grafit s extrémním obohacením 13C (doplňková tabulka 4).
Kinetické studie degradace organické hmoty v meteoritech Murchison mohou poskytnout důležité informace o heterogenním rozložení alifatické organické hmoty bohaté na zrna Ryugu. Tato studie ukazuje, že alifatické vazby CH₄ v organické hmotě přetrvávají až do maximální teploty okolo 30 °C u mateřské horniny a/nebo se mění v závislosti na čase a teplotě (např. 200 let při 100 °C a 0 °C 100 milionů let). Pokud se prekurzor nezahřívá na danou teplotu po dobu delší než určitou dobu, může se zachovat původní rozložení alifatických organických látek bohatých na fylosilikáty. Změny vody ve zdrojové hornině však mohou tuto interpretaci komplikovat, protože A0037 bohatý na uhličitany nevykazuje žádné alifatické oblasti bohaté na uhlík spojené s fylosilikáty. Tato nízká teplotní změna zhruba odpovídá přítomnosti kubického živce v zrnech Ryugu (doplňková tabulka 1) 20.
Frakce C0068.25 (ng-1; obr. 3a–c,e) obsahuje velkou nanosféru vykazující vysoce aromatická (nebo C=C), středně alifatická a slabá spektra C(=O)O a C=O. Charakteristika alifatického uhlíku neodpovídá charakteristice objemově nerozpustných organických látek a organických nanosfér spojených s chondrity (obr. 3a) 17,21. Ramanova a infračervená spektroskopická analýza nanosfér v jezeře Tagish ukázala, že se skládají z alifatických a oxidovaných organických sloučenin a neuspořádaných polycyklických aromatických organických sloučenin se složitou strukturou 22,23. Protože okolní matrice obsahuje organické látky bohaté na alifatické sloučeniny, může být charakterizace alifatického uhlíku v ng-1 analytickým artefaktem. Je zajímavé, že ng-1 obsahuje vložené amorfní silikáty (obr. 3e), což je textura, která dosud nebyla popsána u žádných mimozemských organických látek. Amorfní silikáty mohou být přirozenou součástí ng-1 nebo vznikat amorfizací vodných/bezvodých silikátů iontovým a/nebo elektronovým svazkem během analýzy.
Iontové snímky NanoSIMS řezu C0068.25 (obr. 3f) ukazují rovnoměrné změny δ13C a δ15N, s výjimkou presolárních zrn s velkým obohacením 13C o 30 811 ‰ (PG-1 na snímku δ13C na obr. 3f) (doplňková tabulka 4). Rentgenové snímky elementárních zrn a TEM snímky s vysokým rozlišením ukazují pouze koncentraci uhlíku a vzdálenost mezi bazálními rovinami 0,3 nm, což odpovídá grafitu. Je pozoruhodné, že hodnoty δD (841 ± 394 ‰) a δ15N (169 ± 95 ‰), obohacené alifatickou organickou hmotou asociovanou s hrubozrnnými fylosilikáty, se ukázaly být mírně vyšší než průměr pro celou oblast C (δD = 528 ± 139 ‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) v C0068.25 (doplňková tabulka 4). Toto pozorování naznačuje, že organické látky bohaté na alifatické sloučeniny v hrubozrnných fylosilikátech mohou být primitivnější než okolní organické látky, protože ty mohly projít izotopovou výměnou s okolní vodou v původním tělese. Alternativně mohou tyto izotopové změny souviset také s počátečním procesem formování. Interpretuje se, že jemnozrnné vrstevnaté silikáty v chondritech CI vznikly v důsledku neustálé změny původních hrubozrnných bezvodých silikátových shluků. Organická hmota bohatá na alifatické sloučeniny se mohla vytvořit z prekurzorových molekul v protoplanetárním disku nebo mezihvězdném prostředí před vznikem sluneční soustavy a poté byla mírně změněna během výměn vody v mateřském tělese Rjúgu (velké soustavě). Velikost ostrova Rjúgu (<1,0 km) je příliš malá na to, aby dostatečně udržela vnitřní teplo potřebné pro vodní alteraci za účelem tvorby vodnatých minerálů25. Velikost souostroví Rjúgu (<1,0 km) je příliš malá na to, aby udrželo dostatečné vnitřní teplo pro vodní alteraci za účelem tvorby vodnatých minerálů25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннео внутреннео водного изменения с образованием водных минералов25. Velikost (<1,0 km) Rjúgu je příliš malé na to, aby si udrželo dostatečné vnitřní teplo pro výměnu vody a tvorbu vodních minerálů25. Ryugu 的尺寸（<1,0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水皀变形成吉水525 Ryugu 的尺寸（<1,0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水皀变形成吉水525 Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепловзодиныни образованием водных минералов25. Velikost souostroví Rjúgu (<1,0 km) je příliš malá na to, aby podporovala vnitřní teplo potřebné k přeměně vody na vodní minerály25.Proto mohou být zapotřebí předchůdci meteoritu Ryugu o velikosti desítek kilometrů. Organická hmota bohatá na alifatické sloučeniny si může zachovat své původní izotopové poměry díky asociaci s hrubozrnnými fylosilikáty. Přesná povaha izotopových těžkých nosičů však zůstává nejistá kvůli složitému a jemnému míchání různých složek v těchto frakcích FIB. Mohou se jednat o organické látky bohaté na alifatické sloučeniny v granulích Ryugu nebo o hrubé fylosilikáty, které je obklopují. Všimněte si, že organická hmota téměř ve všech uhlíkatých chondritech (včetně chondritů CI) bývá bohatší na D než ve fylosilikátech, s výjimkou meteoritů CM Paris 24, 26.
Grafy objemu δD a δ15N získaných z řezů FIB A0002.23 a A0002.26, A0037.22 a A0037.23 a C0068.23, C0068.25 a C0068.26 (celkem sedm řezů FIB ze tří částic Ryugu). Srovnání NanoSIMS s jinými objekty sluneční soustavy je znázorněno na obr. 4 (doplňková tabulka 4)27,28. Změny objemu δD a δ15N v profilech A0002, A0037 a C0068 jsou konzistentní s hodnotami v IDP, ale vyšší než v chondritech CM a CI (obr. 4). Všimněte si, že rozsah hodnot δD pro vzorek komety 29 (-240 až 1655 ‰) je větší než u Ryugu. Objemy δD a δ15N profilů Rjúkjú jsou zpravidla menší než průměr pro komety z rodiny Jupiterů a Oortova oblaku (obr. 4). Nižší hodnoty δD ​​chondritů CI mohou odrážet vliv pozemské kontaminace v těchto vzorcích. Vzhledem k podobnostem mezi Bells, jezerem Tagish a IDP může velká heterogenita hodnot δD a δN ​​v částicích Rjúkjú odrážet změny v počátečních izotopových signaturách organického a vodného složení v rané sluneční soustavě. Podobné izotopové změny δD a δN v částicích Rjúkjú a IDP naznačují, že oba mohly vzniknout z materiálu ze stejného zdroje. Předpokládá se, že IDP pocházejí z kometárních zdrojů 14. Rjúkjú proto může obsahovat materiál podobný kometám a/nebo alespoň z vnější sluneční soustavy. To však může být obtížnější, než zde uvádíme, a to kvůli (1) směsi sférolitické a na D bohaté vody na mateřském tělese 31 a (2) poměru D/H komety jako funkce kometární aktivity 32. Důvody pozorované heterogenity izotopů vodíku a dusíku v částicích Ryugu však nejsou plně pochopeny, částečně kvůli omezenému počtu analýz dostupných dnes. Výsledky systémů izotopů vodíku a dusíku stále naznačují možnost, že Ryugu obsahuje většinu materiálu z oblastí mimo sluneční soustavu, a proto může vykazovat určitou podobnost s kometami. Profil Ryugu neprokázal žádnou zjevnou korelaci mezi δ13C a δ15N (doplňková tabulka 4).
Celkové izotopové složení H a N částic Ryugu (červené kruhy: A0002, A0037; modré kruhy: C0068) koreluje s 27. sluneční magnitudou, rodinou Jupiterových komet (JFC27), kometami Oortova oblaku (OCC27), IDP28 a uhlíkatými chondrulemi. Srovnání meteoritu 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Izotopové složení je uvedeno v doplňkové tabulce 4. Tečkované čáry představují pozemské izotopové hodnoty pro H a N.
Transport těkavých látek (např. organické hmoty a vody) na Zemi zůstává problémem26,27,33. Submikronová organická hmota spojená s hrubými fylosilikáty v částicích Ryugu identifikovaných v této studii může být důležitým zdrojem těkavých látek. Organická hmota v hrubozrnných fylosilikátech je lépe chráněna před degradací16,34 a rozpadem35 než organická hmota v jemnozrnných matricích. Těžší izotopové složení vodíku v částicích znamená, že je nepravděpodobné, že by byly jediným zdrojem těkavých látek přenesených na ranou Zemi. Mohou být smíchány se složkami s lehčím izotopovým složením vodíku, jak bylo nedávno navrženo v hypotéze o přítomnosti vody poháněné slunečním větrem v silikátech.
V této studii ukazujeme, že meteority CI, navzdory svému geochemickému významu jakožto reprezentantů celkového složení sluneční soustavy,6,10 jsou vzorky kontaminované pozemskou soustavou. Poskytujeme také přímé důkazy o interakcích mezi bohatou alifatickou organickou hmotou a sousedními vodnatými minerály a naznačujeme, že Rjúgu může obsahovat extrasolární materiál37. Výsledky této studie jasně demonstrují důležitost přímého odběru vzorků protoasteroidů a potřebu přepravovat vrácené vzorky za zcela inertních a sterilních podmínek. Zde prezentované důkazy ukazují, že částice Rjúgu jsou nepochybně jedním z nejméně kontaminovaných materiálů sluneční soustavy dostupných pro laboratorní výzkum a další studium těchto vzácných vzorků nepochybně rozšíří naše chápání procesů v rané sluneční soustavě. Částice Rjúgu jsou nejlepší reprezentací celkového složení sluneční soustavy.
Pro stanovení komplexní mikrostruktury a chemických vlastností vzorků v submikronovém měřítku jsme použili synchrotronovou zářením založenou výpočetní tomografii (SR-XCT) a SR rentgenovou difrakci (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM analýzu. Nedošlo k žádné degradaci, znečištění zemskou atmosférou ani k poškození jemnými částicemi nebo mechanickými vzorky. Mezitím jsme provedli systematickou volumetrickou analýzu pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM)-EDS, EPMA, XRD, instrumentální neutronové aktivační analýzy (INAA) a laserové fluorace izotopů kyslíku. Postupy stanovení jsou znázorněny na doplňkovém obrázku 3 a jednotlivé stanovení jsou popsány v následujících částech.
Částice z asteroidu Rjúgu byly získány z návratového modulu Hajabusa-2 a doručeny do řídicího střediska JAXA v Sagamihaře v Japonsku bez znečištění zemské atmosféry4. Po počáteční a nedestruktivní charakterizaci v zařízení spravovaném JAXA použijte uzavíratelné přepravní kontejnery mezi pracovišti a sáčky na vzorkovací kapsle (safírové sklo o průměru 10 nebo 15 mm a nerezová ocel, v závislosti na velikosti vzorku), aby se zabránilo narušení životního prostředí. Kontaminanty v prostředí a/nebo zemi (např. vodní pára, uhlovodíky, atmosférické plyny a jemné částice) a křížové kontaminaci mezi vzorky během přípravy vzorků a přepravy mezi ústavy a univerzitami38. Aby se zabránilo degradaci a znečištění v důsledku interakce se zemskou atmosférou (vodní pára a kyslík), byly všechny typy přípravy vzorků (včetně sekání tantalovým dlátem, použití vyvážené diamantové drátové pily (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) a řezání epoxidu) (příprava k instalaci) prováděny v rukavicové komoře pod čistým a suchým N2 (rosný bod: -80 až -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Všechny zde používané předměty jsou čištěny kombinací ultračisté vody a etanolu za použití ultrazvukových vln různých frekvencí.
Zde studujeme sbírku meteoritů Národního polárního výzkumného ústavu (NIPR) z Antarktického výzkumného centra pro meteority (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 a CY: Y 980115).
Pro přenos mezi přístroji pro analýzu SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS a TEM jsme použili univerzální ultratenký držák vzorků popsaný v předchozích studiích38.
Analýza vzorků z Ryugu metodou SR-XCT byla provedena pomocí integrovaného CT systému BL20XU/SPring-8. Integrovaný CT systém se skládá z různých režimů měření: režim se širokým zorným polem a nízkým rozlišením (WL) pro zachycení celé struktury vzorku, režim s úzkým zorným polem a režim s vysokým rozlišením (NH) pro přesné měření plochy vzorku, rentgenových snímků pro získání difrakčního obrazce objemu vzorku a provedení XRD-CT pro získání 2D diagramu minerálních fází v horizontální rovině ve vzorku. Všechna měření lze provádět bez použití vestavěného systému pro vyjmutí držáku vzorku ze základny, což umožňuje přesná CT a XRD-CT měření. Rentgenový detektor v režimu WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) byl vybaven další CMOS kamerou (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) s rozlišením 4608 × 4608 pixelů, scintilátorem sestávajícím z monokrystalu luteciovo-hlinitého granátu o tloušťce 10 µm (Lu3Al5O12:Ce) a reléovou čočkou. Velikost pixelu v režimu WL je přibližně 0,848 µm. Zorné pole (FOV) v režimu WL je tedy v offsetovém CT režimu přibližně 6 mm. Rentgenový detektor v NH módu (BM AA50; Hamamatsu Photonics) byl vybaven scintilátorem z gadolinium-hliník-galliového granátu (Gd3Al2Ga3O12) o tloušťce 20 µm, CMOS kamerou (C11440-22CU) s rozlišením 2048 × 2048 pixelů; Hamamatsu Photonics) a čočkou ×20. Velikost pixelu v NH módu je ~0,25 µm a zorné pole je ~0,5 mm. Detektor pro XRD mód (BM AA60; Hamamatsu Photonics) byl vybaven scintilátorem sestávajícím z 50 µm silné práškové clony P43 (Gd2O2S:Tb), CMOS kamery s rozlišením 2304 × 2304 pixelů (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) a reléové čočky. Detektor má efektivní velikost pixelu 19,05 µm a zorné pole 43,9 mm2. Pro zvětšení zorného pole (FOV) jsme použili proceduru offsetového CT v režimu WL. Obraz v procházejícím světle pro CT rekonstrukci se skládá z obrazu v rozsahu 180° až 360° odraženého horizontálně kolem osy otáčení a obrazu v rozsahu 0° až 180°.
V režimu XRD je rentgenový paprsek fokusován Fresnelovou zónovou destičkou. V tomto režimu je detektor umístěn 110 mm za vzorkem a zarážka paprsku je 3 mm před detektorem. Difrakční snímky v rozsahu 2θ od 1,43° do 18,00° (rozteč mřížky d = 16,6–1,32 Å) byly získány s rentgenovou skvrnou zaostřenou na spodní část zorného pole detektoru. Vzorek se pohybuje vertikálně v pravidelných intervalech, s půl otáčkou pro každý krok vertikálního skenování. Pokud minerální částice splňují Braggovu podmínku při otočení o 180°, je možné získat difrakci minerálních částic v horizontální rovině. Difrakční snímky byly poté sloučeny do jednoho snímku pro každý krok vertikálního skenování. Podmínky testu SR-XRD-CT jsou téměř stejné jako podmínky pro test SR-XRD. V režimu XRD-CT je detektor umístěn 69 mm za vzorkem. Difrakční snímky v rozsahu 2θ se pohybují od 1,2° do 17,68° (d = 19,73 až 1,35 Å), kde jak rentgenový paprsek, tak omezovač paprsku jsou v linii se středem zorného pole detektoru. Skenujte vzorek horizontálně a otočte jej o 180°. Snímky SR-XRD-CT byly rekonstruovány s maximálními intenzitami minerálů jako hodnotami pixelů. Při horizontálním skenování se vzorek obvykle skenuje v 500–1000 krocích.
Pro všechny experimenty byla energie rentgenového záření fixně stanovena na 30 keV, protože se jedná o spodní hranici pronikání rentgenového záření do meteoritů o průměru přibližně 6 mm. Počet snímků pořízených pro všechna CT měření během rotace o 180° byl 1800 (3600 pro program offset CT) a doba expozice snímků byla 100 ms pro režim WL, 300 ms pro režim NH, 500 ms pro XRD a 50 ms pro XRD-CT. Typická doba skenování vzorku je přibližně 10 minut v režimu WL, 15 minut v režimu NH, 3 hodiny pro XRD a 8 hodin pro SR-XRD-CT.
CT snímky byly rekonstruovány pomocí konvoluční zpětné projekce a normalizovány pro lineární koeficient útlumu od 0 do 80 cm-1. Pro analýzu 3D dat byl použit software Slice a pro analýzu rentgenových difrakčních dat software muXRD.
Epoxidem fixované částice Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 a C0068) byly postupně leštěny na povrchu na úroveň diamantového lapovacího filmu o tloušťce 0,5 µm (3M) za sucha, aby se zabránilo kontaktu materiálu s povrchem během leštění. Leštěný povrch každého vzorku byl nejprve zkoumán světelnou mikroskopií a poté zpětně rozptýlenými elektrony za účelem získání mineralogických a texturních snímků (BSE) vzorků a kvalitativního NIPR snímku pomocí SEM JEOL JSM-7100F vybaveného energeticky disperzním spektrometrem (AZtec). U každého vzorku byl analyzován obsah hlavních a vedlejším prvků pomocí elektronového mikroanalyzátoru (EPMA, JEOL JXA-8200). Analyzujte fylosilikátové a uhličitanové částice při 5 nA, přírodní a syntetické standardy při 15 keV, sulfidy, magnetit, olivín a pyroxen při 30 nA. Modální stupně byly vypočítány z map prvků a BSE snímků pomocí softwaru ImageJ 1.53 s příslušnými prahovými hodnotami libovolně nastavenými pro každý minerál.
Analýza izotopů kyslíku byla provedena na Open University (Milton Keynes, Spojené království) za použití infračerveného laserového fluoračního systému. Vzorky Hayabusa2 byly doručeny na Open University 38 v nádobách naplněných dusíkem pro přenos mezi zařízeními.
Vložení vzorku bylo provedeno v dusíkové rukavicové komoře s monitorovanou hladinou kyslíku pod 0,1 %. Pro analytickou práci s Hayabusa2 byl vyroben nový držák vzorku Ni, který se skládal pouze ze dvou otvorů pro vzorek (průměr 2,5 mm, hloubka 5 mm), jednoho pro částice Hayabusa2 a druhého pro interní standard obsidiánu. Během analýzy byla jímka pro vzorek obsahující materiál Hayabusa2 zakryta vnitřním okénkem BaF2 o tloušťce přibližně 1 mm a průměru 3 mm, které udržovalo vzorek během laserové reakce. Tok BrF5 ke vzorku byl udržován kanálem pro směšování plynů vyříznutým v držáku vzorku Ni. Komora pro vzorek byla také překonfigurována tak, aby mohla být vyjmuta z vakuové fluorační linky a poté otevřena v rukavicové komoře naplněné dusíkem. Dvoudílná komora byla utěsněna měděným kompresním těsněním a rychloupínací svorkou EVAC CeFIX 38. 3 mm silné okénko BaF2 v horní části komory umožňuje současné pozorování vzorku a laserového ohřevu. Po vložení vzorku komoru znovu uzavřete a znovu připojte k fluorované lince. Před analýzou byla komora se vzorkem zahřívána přes noc ve vakuu na přibližně 95 °C, aby se odstranila veškerá adsorbovaná vlhkost. Po zahřívání přes noc se komora nechala vychladnout na pokojovou teplotu a poté byla část vystavená atmosféře během přenosu vzorku propláchnuta třemi alikvotními podíly BrF5, aby se odstranila vlhkost. Tyto postupy zajišťují, že vzorek z reaktoru Hayabusa 2 není vystaven atmosféře a není kontaminován vlhkostí z části fluorovaného potrubí, které je během vkládání vzorku odvětráváno do atmosféry.
Vzorky částic Ryugu C0014-4 a Orgueil (CI) byly analyzovány v modifikovaném „jednotlivém“ režimu42, zatímco analýza Y-82162 (CY) byla provedena na jednom tácku s více jamkami pro vzorky41. Vzhledem k jejich bezvodému složení není nutné pro chondrity CY použít jednu metodu. Vzorky byly zahřívány pomocí infračerveného CO2 laseru Photon Machines Inc. o výkonu 50 W (10,6 µm) umístěného na gantry XYZ za přítomnosti BrF5. Vestavěný videosystém monitoruje průběh reakce. Po fluoraci byl uvolněný O2 promyt pomocí dvou kryogenních lapačů dusíku a vyhřívaného lože KBr za účelem odstranění přebytečného fluoru. Izotopové složení čištěného kyslíku bylo analyzováno na dvoukanálovém hmotnostním spektrometru Thermo Fisher MAT 253 s hmotnostním rozlišením přibližně 200.
V některých případech bylo množství plynného O2 uvolněného během reakce vzorku menší než 140 µg, což je přibližná hranice použití měchového zařízení na hmotnostním spektrometru MAT 253. V těchto případech se pro analýzu použijí mikroobjemy. Po analýze částic Hayabusa2 byl fluorován vnitřní standard obsidiánu a bylo stanoveno jeho izotopové složení kyslíku.
Ionty fragmentu NF+ a NF3+ interferují s paprskem o hmotnosti 33 (16O17O). Aby se tento potenciální problém eliminoval, většina vzorků se zpracovává kryogenními separačními postupy. To lze provést v dopředném směru před analýzou MAT 253 nebo jako druhou analýzu vrácením analyzovaného plynu zpět do speciálního molekulového síta a jeho opětovným průchodem po kryogenní separaci. Kryogenní separace zahrnuje dodání plynu do molekulového síta při teplotě kapalného dusíku a jeho následné vypuštění do primárního molekulového síta při teplotě -130 °C. Rozsáhlé testování ukázalo, že NF+ zůstává na prvním molekulovém sítu a při použití této metody nedochází k žádné významné frakcionaci.
Na základě opakovaných analýz našich interních obsidiánových standardů je celková přesnost systému v režimu měchu: ±0,053 ‰ pro δ17O, ±0,095 ‰ pro δ18O, ±0,018 ‰ pro Δ17O (2 sd). Analýza izotopů kyslíku je uvedena ve standardní delta notaci, kde delta18O se vypočítá jako:
Pro δ17O použijte také poměr 17O/16O. VSMOW je mezinárodní standard pro vídeňský průměr mořské vody. Δ17O představuje odchylku od frakcionační linie Země a výpočetní vzorec je: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Všechna data uvedená v doplňkové tabulce 3 byla upravena o mezery.
Z částic Ryugu byly extrahovány řezy o tloušťce přibližně 150 až 200 nm pomocí přístroje Hitachi High Tech SMI4050 FIB v JAMSTEC, Kochi Core Sampling Institute. Všechny řezy FIB byly získány z nezpracovaných fragmentů nezpracovaných částic po vyjmutí z nádob naplněných plynem N2 pro meziobjektový přenos. Tyto fragmenty nebyly měřeny pomocí SR-CT, ale byly zpracovány s minimálním vystavením zemské atmosféře, aby se zabránilo potenciálnímu poškození a kontaminaci, která by mohla ovlivnit spektrum uhlíku na K-hraně. Po nanesení ochranné vrstvy wolframu byla oblast zájmu (až 25 × 25 μm2) nařezána a ztenčena paprskem iontů Ga+ při urychlovacím napětí 30 kV, poté při 5 kV a proudu sondy 40 pA, aby se minimalizovalo poškození povrchu. Ultratenké řezy byly poté umístěny na zvětšenou měděnou síťku (Kochi mesh) 39 pomocí mikromanipulátoru vybaveného FIB.
Pelety Ryugu A0098 (1,6303 mg) a C0068 (0,6483 mg) byly dvakrát uzavřeny v čistých polyethylenových fóliích vysoké čistoty v rukavicové komoře naplněné čistým dusíkem na zařízení SPring-8 bez jakékoli interakce se zemskou atmosférou. Příprava vzorků pro JB-1 (geologická referenční hornina vydaná Japonskou geologickou službou) byla provedena na Tokijské metropolitní univerzitě.
INAA se koná v Institutu pro integrované radiační a jaderné vědy Kjótské univerzity. Vzorky byly dvakrát ozářeny s různými ozařovacími cykly zvolenými podle poločasu rozpadu nuklidu použitého pro kvantifikaci prvků. Nejprve byl vzorek ozářen v pneumatické ozařovací trubici po dobu 30 sekund. Toky tepelných a rychlých neutronů na obr. 3 jsou 4,6 × 1012 a 9,6 × 1011 cm-2 s-1 pro stanovení obsahu Mg, Al, Ca, Ti, V a Mn. Chemikálie jako MgO (čistota 99,99 %, Soekawa Chemical), Al (čistota 99,9 %, Soekawa Chemical) a kovový Si (čistota 99,999 %, FUJIFILM Wako Pure Chemical) byly také ozářeny pro korekci rušivých jaderných reakcí, jako je (n, n). Vzorek byl také ozářen chloridem sodným (čistota 99,99 %; MANAC) pro korekci změn neutronového toku.
Po ozáření neutrony byla vnější polyethylenová fólie nahrazena novou a gama záření emitované vzorkem a referenčním vzorkem bylo okamžitě změřeno pomocí Ge detektoru. Stejné vzorky byly znovu ozařovány po dobu 4 hodin v pneumatické ozařovací trubici. 2 má tepelný a rychlý neutronový tok 5,6 x 1012 cm-2 s-1 a 1,2 x 1012 cm-2 s-1 pro stanovení Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, obsahu Se, Sb, Os, Ir a Au. Kontrolní vzorky Ga, As, Se, Sb, Os, Ir a Au byly ozářeny nanesením vhodného množství (od 10 do 50 μg) standardních roztoků o známých koncentracích těchto prvků na dva kusy filtračního papíru a následným ozářením vzorků. Měření gama záření bylo provedeno v Ústavu integrovaných radiačních a jaderných věd Kjótské univerzity a ve Výzkumném centru RI Tokijské metropolitní univerzity. Analytické postupy a referenční materiály pro kvantitativní stanovení prvků INAA jsou stejné jako ty popsané v naší předchozí práci.
Difrakční obrazce vzorků Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) a C0087 (<1 mg) byly snímány pomocí rentgenového difraktometru (Rigaku SmartLab) při NIPR. Difrakční obrazce vzorků Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) a C0087 (<1 mg) byly snímány pomocí rentgenového difraktometru (Rigaku SmartLab) při NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин29gu<0вRy020 мг), A0037 (≪1 мг) a C0087 (<1 мг) v NIPR. Difrakční obrazce vzorků Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) a C0087 (<1 mg) byly snímány metodou NIPR pomocí rentgenového difraktometru (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) 焚衰奰儚衡〛愚使用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) 焚衰奰儚衡〛愚 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) a C0087 (<1 мг) были полученс в в использованием рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). Rentgenové difrakční obrazce vzorků Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) a C0087 (<1 mg) byly získány v NIPR za použití rentgenového difraktometru (Rigaku SmartLab).Všechny vzorky byly rozemlety na jemný prášek na křemíkové nereflexní destičce pomocí safírové skleněné destičky a poté rovnoměrně rozprostřeny na křemíkové nereflexní destičce bez jakékoli kapaliny (vody nebo alkoholu). Podmínky měření jsou následující: Rentgenové záření Cu Kα je generováno při napětí trubice 40 kV a proudu trubice 40 mA, mezní délka štěrbiny je 10 mm, úhel divergence je (1/6)°, rychlost otáčení v rovině je 20 ot/min a rozsah 2θ (dvojitý Braggův úhel) je 3–100° a analýza trvá přibližně 28 hodin. Byla použita Braggova Brentanova optika. Detektor je jednorozměrný křemíkový polovodičový detektor (D/teX Ultra 250). Rentgenové záření Cu Kβ bylo odstraněno pomocí Ni filtru. S využitím dostupných vzorků byla porovnána měření syntetického hořečnatého saponitu (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentinu (listový serpentinit, Miyazu, Nikka) a pyrhotinu (monoklinický 4C, Chihua, Mexiko, Watts) za účelem identifikace píků a využití difrakčních dat z práškových souborů z Mezinárodního centra pro difrakční data, dolomitu (PDF 01-071-1662) a magnetitu (PDF 00-019-0629). Difrakční data z Ryugu byla také porovnána s daty o hydroalterovaných uhlíkatých chondritech, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 a Y 980115 CY (fáze ohřevu III, 500–750 °C). Srovnání ukázalo podobnosti s Orgueilem, ale nikoli s Y-791198 a Y 980115.
Spektra NEXAFS s uhlíkovou hranou K ultratenkých řezů vzorků vyrobených z FIB byla měřena pomocí kanálu STXM BL4U na synchrotronovém zařízení UVSOR v Institutu molekulárních věd (Okazaki, Japonsko). Velikost skvrny paprsku opticky zaostřeného Fresnelovou zónovou destičkou je přibližně 50 nm. Energetický krok je 0,1 eV pro jemnou strukturu oblasti blízké hrany (283,6–292,0 eV) a 0,5 eV (280,0–283,5 eV a 292,5–300,0 eV) pro oblasti přední a zadní strany. Čas pro každý obrazový pixel byl nastaven na 2 ms. Po evakuaci byla analytická komora STXM naplněna heliem o tlaku přibližně 20 mbar. To pomáhá minimalizovat tepelný drift rentgenového optického zařízení v komoře a držáku vzorku a také snižuje poškození a/nebo oxidaci vzorku. Uhlíková spektra NEXAFS K-edge byla generována z naskládaných dat pomocí softwaru aXis2000 a proprietárního softwaru pro zpracování dat STXM. Všimněte si, že přepravní box pro vzorky a rukavicový box se používají k zabránění oxidaci a kontaminaci vzorku.
Po analýze STXM-NEXAFS bylo izotopové složení vodíku, uhlíku a dusíku v řezech Ryugu FIB analyzováno pomocí izotopového zobrazování na přístroji JAMSTEC NanoSIMS 50L. Zaostřený primární paprsek Cs+ o intenzitě přibližně 2 pA pro analýzu izotopů uhlíku a dusíku a přibližně 13 pA pro analýzu izotopů vodíku byl rastrován na ploše o rozměrech přibližně 24 × 24 µm2 až 30 × 30 µm2 na vzorku. Po 3minutovém předběžném postřiku relativně silným proudem primárního paprsku byla každá analýza zahájena po stabilizaci intenzity sekundárního paprsku. Pro analýzu izotopů uhlíku a dusíku byly současně získány snímky 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– a 12C15N– pomocí sedmielektronové multiplexní detekce s hmotnostním rozlišením přibližně 9000, což je dostatečné k oddělení všech relevantních izotopových sloučenin. interference (tj. 12C1H na 13C a 13C14N na 12C15N). Pro analýzu izotopů vodíku byly získány snímky 1H, 2D a 12C s hmotnostním rozlišením přibližně 3000 s vícenásobnou detekcí za použití tří elektronových multiplikátorů. Každá analýza se skládá z 30 naskenovaných snímků stejné oblasti, přičemž jeden snímek se skládá z 256 × 256 pixelů pro analýzu izotopů uhlíku a dusíku a 128 × 128 pixelů pro analýzu izotopů vodíku. Doba zpoždění je 3000 µs na pixel pro analýzu izotopů uhlíku a dusíku a 5000 µs na pixel pro analýzu izotopů vodíku. Jako standardy izotopů vodíku, uhlíku a dusíku jsme pro kalibraci instrumentální hmotnostní frakcionace použili hydrát 1-hydroxybenzotriazolu45.
Pro stanovení izotopového složení křemíku v presolárním grafitu v profilu FIB C0068-25 jsme použili šest elektronových multiplikátorů s hmotnostním rozlišením přibližně 9000. Snímky se skládají z 256 × 256 pixelů se zpožděním 3000 µs na pixel. Kalibrovali jsme hmotnostní frakcionační přístroj s použitím křemíkových destiček jako izotopových standardů vodíku, uhlíku a křemíku.
Izotopové snímky byly zpracovány pomocí zobrazovacího softwaru NASA NanoSIMS45. Data byla korigována na mrtvou dobu elektronového multiplikátoru (44 ns) a efekty kvazisimultánního příchodu. Pro každý snímek bylo použito odlišné zarovnání skenování pro korekci driftu obrazu během snímání. Finální izotopový obraz je vytvořen přidáním sekundárních iontů z každého obrazu pro každý pixel skenování.
Po analýze STXM-NEXAFS a NanoSIMS byly stejné řezy FIB zkoumány pomocí transmisního elektronového mikroskopu (JEOL JEM-ARM200F) při urychlovacím napětí 200 kV v Kochi, JAMSTEC. Mikrostruktura byla pozorována pomocí TEM ve světlém poli a vysokoúhlového skenovacího TEM v tmavém poli. Minerální fáze byly identifikovány pomocí bodové elektronové difrakce a zobrazování mřížkových pásů a chemická analýza byla provedena EDS se 100 mm² křemíkovým driftovým detektorem a softwarem JEOL Analysis Station 4.30. Pro kvantitativní analýzu byla charakteristická intenzita rentgenového záření pro každý prvek měřena v režimu TEM skenování s pevnou dobou snímání dat 30 s, plochou skenování paprsku ~100 × 100 nm² a proudem paprsku 50 pA. Poměr (Si + Al)-Mg-Fe ve vrstevnatých silikátech byl stanoven pomocí experimentálního koeficientu k, korigovaného na tloušťku, získaného ze standardu přírodního pyropagranátu.
Všechny obrázky a analýzy použité v této studii jsou k dispozici v systému JAXA Data Archiving and Communication System (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Tento článek poskytuje původní data.
Kitari, K. a kol. Složení povrchu asteroidu 162173 Ryugu pozorované přístrojem Hayabusa2 NIRS3. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Uhlíkaté chondrity (CY) typu Yamato: analogy povrchu asteroidu Ryugu? Geochemistry 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. a kol. První kompoziční analýza vzorků z Ryugu byla provedena pomocí hyperspektrálního mikroskopu MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. a kol. Předběžná analýza vzorku Hyabusa2 získaného z asteroidu typu C Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).