Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazivat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Hlapljivi i bogati organskom tvari, asteroidi tipa C mogli bi biti jedan od glavnih izvora vode na Zemlji. Trenutno, hondriti koji sadrže ugljik daju najbolju predodžbu o njihovom kemijskom sastavu, ali informacije o meteoritima su iskrivljene: samo najizdržljiviji tipovi preživljavaju ulaskom u atmosferu, a zatim interakcijom sa Zemljinim okolišem. Ovdje predstavljamo rezultate detaljne volumetrijske i mikroanalitičke studije primarne Ryugu čestice koju je na Zemlju dostavila svemirska letjelica Hayabusa-2. Ryugu čestice pokazuju blisku podudarnost u sastavu s kemijski nefrakcioniranim, ali vodom promijenjenim CI (Iwuna-tip) hondritima, koji se široko koriste kao pokazatelj ukupnog sastava Sunčevog sustava. Ovaj uzorak pokazuje složen prostorni odnos između bogatih alifatskih organskih tvari i slojevitih silikata te ukazuje na maksimalnu temperaturu od oko 30 °C tijekom erozije vodom. Pronašli smo obilje deuterija i diazonija što je u skladu s ekstrasolarnim podrijetlom. Ryugu čestice su najnekontaminiraniji i neodvojivi strani materijal ikad proučavan i najbolje odgovaraju ukupnom sastavu Sunčevog sustava.
Od lipnja 2018. do studenog 2019., svemirska letjelica Hayabusa2 Japanske agencije za istraživanje svemira (JAXA) provela je opsežno daljinsko istraživanje asteroida Ryugu. Podaci s bliskog infracrvenog spektrometra (NIRS3) na Hayabusa-2 sugeriraju da bi Ryugu mogao biti sastavljen od materijala sličnog termički i/ili udarno metamorfnim ugljičnim hondritima. Najbliži podudaran je CY hondrit (tip Yamato) 2. Nizak albedo Ryugua može se objasniti prisutnošću velikog broja komponenti bogatih ugljikom, kao i veličinom čestica, poroznošću i prostornim efektima trošenja. Svemirska letjelica Hayabusa-2 izvršila je dva slijetanja i prikupljanje uzoraka na Ryugi. Tijekom prvog slijetanja 21. veljače 2019. dobiven je površinski materijal koji je pohranjen u odjeljku A povratne kapsule, a tijekom drugog slijetanja 11. srpnja 2019. materijal je prikupljen u blizini umjetnog kratera koji je formirao mali prijenosni udarni element. Ovi uzorci pohranjeni su u Odjelu C. Početna nerazorna karakterizacija čestica u 1. fazi u posebnim, nekontaminiranim i čistim dušikom ispunjenim komorama u objektima kojima upravlja JAXA pokazala je da su čestice Ryugua najsličnije CI4 hondritima i pokazuju „različite razine varijacija“3. Naizgled kontradiktorna klasifikacija Ryugua, slično CY ili CI hondritima, može se riješiti samo detaljnom izotopskom, elementarnom i mineraloškom karakterizacijom Ryugu čestica. Rezultati predstavljeni ovdje pružaju čvrstu osnovu za određivanje koje je od ova dva preliminarna objašnjenja za ukupni sastav asteroida Ryugu najvjerojatnije.
Osam Ryugu kuglica (ukupno približno 60 mg), četiri iz komore A i četiri iz komore C, dodijeljene su Fazi 2 za upravljanje Kochi timom. Glavni cilj studije je razjasniti prirodu, podrijetlo i evolucijsku povijest asteroida Ryugu te dokumentirati sličnosti i razlike s drugim poznatim izvanzemaljskim uzorcima poput hondrita, međuplanetarnih čestica prašine (IDP) i povratničkih kometa. Uzorke je prikupila NASA-ina misija Stardust.
Detaljna mineraloška analiza pet zrna Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 i C0068) pokazala je da se uglavnom sastoje od sitnozrnatih i grubozrnatih filosilikata (~64–88 vol.%; slika 1a, b, dodatna slika 1). Grubozrnati filosilikati javljaju se kao perasti agregati (veličine do desetaka mikrona) u sitnozrnatim matricama bogatim filosilikatima (veličine manje od nekoliko mikrona). Slojevite silikatne čestice su simbionti serpentinsko-saponita (slika 1c). Karta (Si + Al)-Mg-Fe također pokazuje da matrica slojevitog silikata u masi ima međusastav između serpentinskog i saponitnog sastava (slika 2a, b). Filosilikatna matrica sadrži karbonatne minerale (~2–21 vol.%), sulfidne minerale (~2,4–5,5 vol.%) i magnetit (~3,6–6,8 vol.%). Jedna od čestica ispitanih u ovoj studiji (C0009) sadržavala je malu količinu (~0,5 vol.%) bezvodnih silikata (olivin i piroksen), što može pomoći u identifikaciji izvornog materijala koji je činio sirovi kamen Ryugu5. Ovaj bezvodni silikat rijedak je u peletima Ryugu i pozitivno je identificiran samo u peletu C0009. Karbonati su prisutni u matrici kao fragmenti (manji od nekoliko stotina mikrona), uglavnom dolomit, s malim količinama kalcijevog karbonata i brinela. Magnetit se javlja kao izolirane čestice, framboidi, plakovi ili sferni agregati. Sulfidi su uglavnom predstavljeni pirotitom u obliku nepravilnih heksagonalnih prizmi/ploča ili letvica. Matrica sadrži veliku količinu submikronskog pentlandita ili u kombinaciji s pirotitom. Faze bogate ugljikom (veličine <10 µm) sveprisutne su u matrici bogatoj filosilikatima. Faze bogate ugljikom (veličine <10 µm) sveprisutne su u matrici bogatoj filosilikatima. Bogate uglerodom faze (razmjerom <10 mkm) susreću se potpuno u bogatoj filosilikatnoj matrici. Faze bogate ugljikom (veličine <10 µm) sveprisutne su u matrici bogatoj filosilikatima.富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。 Bogate uglerodne faze (razmjerom <10 mkm) većinom u bogatoj filosilikatnoj matrici. Faze bogate ugljikom (veličine <10 µm) prevladavaju u matrici bogatoj filosilikatima.Ostali pomoćni minerali prikazani su u Dodatnoj tablici 1. Popis minerala određenih iz rendgenskog difrakcijskog uzorka smjese C0087 i A0029 i A0037 vrlo je konzistentan s onim određenim u hondritu CI (Orgueil), ali se uvelike razlikuje od hondrita CY i CM (tip Mighei) (Slika 1 s proširenim podacima i Dodatna slika 2). Ukupni sadržaj elemenata u zrnima Ryugu (A0098, C0068) također je konzistentan s hondritom 6 CI (prošireni podaci, Slika 2 i Dodatna tablica 2). Nasuprot tome, CM hondriti su osiromašeni umjereno i vrlo hlapljivim elementima, posebno Mn i Zn, te većim udjelom vatrostalnih elemenata7. Koncentracije nekih elemenata uvelike variraju, što može biti odraz inherentne heterogenosti uzorka zbog male veličine pojedinačnih čestica i rezultirajuće pristranosti uzorkovanja. Sve petrološke, mineraloške i elementarne karakteristike ukazuju na to da su zrna Ryugua vrlo slična hondritima CI8, 9, 10. Značajna iznimka je odsutnost ferihidrita i sulfata u zrnima Ryugua, što sugerira da su ovi minerali u hondritima CI nastali kopnenim trošenjem.
a, Kompozitna rendgenska slika suhog poliranog presjeka C0068 s Mg Kα (crvena), Ca Kα (zelena), Fe Kα (plava) i S Kα (žuta). Frakcija se sastoji od slojevitih silikata (crvena: ~88 vol%), karbonata (dolomit; svijetlozelena: ~1,6 vol%), magnetita (plava: ~5,3 vol%) i sulfida (žuta: sulfid = ~2,5 vol.%). esej. b, slika konturnog područja u povratno raspršenim elektronima na a. Bru – nezreli; Dole – dolomit; FeS je željezov sulfid; Mag – magnetit; sok – talci; Srp – serpentin. c, slika visoke rezolucije transmisijske elektronske mikroskopije (TEM) tipičnog međusobnog rasta saponita i serpentina koja prikazuje serpentinske i saponitne rešetkaste trake od 0,7 nm odnosno 1,1 nm.
Sastav matrice i slojevitih silikatnih (u %) čestica Ryugu A0037 (puni crveni krugovi) i C0068 (puni plavi krugovi) prikazan je u ternarnom sustavu (Si+Al)-Mg-Fe. a, Rezultati elektronske mikroanalize (EPMA) prikazani su u odnosu na CI hondrite (Ivuna, Orgueil, Alais)16 prikazani sivom bojom za usporedbu. b, Analiza skenirajućim TEM-om (STEM) i energetski disperzivnom rendgenskom spektroskopijom (EDS) prikazana je za usporedbu s meteoritima Orgueil9 i Murchison46 te hidratiziranim IDP47. Analizirani su sitnozrnati i grubozrnati filosilikati, izbjegavajući male čestice željezovog sulfida. Isprekidane linije u a i b prikazuju linije otapanja saponita i serpentina. Sastav bogat željezom u a može biti posljedica submikronskih zrna željezovog sulfida unutar slojevitih silikatnih zrna, što se ne može isključiti prostornom rezolucijom EPMA analize. Podatkovne točke s većim udjelom Si od saponita u b mogu biti uzrokovane prisutnošću nano-amorfnog materijala bogatog silicijem u međuprostorima filosilikatnog sloja. Broj analiza: N=69 za A0037, N=68 za EPMA, N=68 za C0068, N=19 za A0037 i N=27 za C0068 za STEM-EDS. c, izotopska karta trioksi čestice Ryugu C0014-4 u usporedbi s vrijednostima hondrita CI (Orgueil), CY (Y-82162) i literaturnim podacima (CM i C2-ung)41,48,49. Dobili smo podatke za meteorite Orgueil i Y-82162. CCAM je linija bezvodnih ugljičnih hondritih minerala, TFL je linija razdvajanja kopna. d, Δ17O i δ18O karte Ryugu čestice C0014-4, CI hondrita (Orgueil) i CY hondrita (Y-82162) (ova studija). Δ17O_Ryugu: Vrijednost Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Prosječna vrijednost Δ17O za Orgueil. Δ17O_Y-82162: Prosječna vrijednost Δ17O za Y-82162. CI i CY podaci iz literature 41, 48, 49 također su prikazani za usporedbu.
Analiza masenih izotopa kisika provedena je na uzorku od 1,83 mg materijala ekstrahiranog iz granuliranog C0014 laserskom fluoracijom (Metode). Za usporedbu, ispitali smo sedam kopija Orgueila (CI) (ukupna masa = 8,96 mg) i sedam kopija Y-82162 (CY) (ukupna masa = 5,11 mg) (Dodatna tablica 3).
Na sl. 2d prikazana je jasna odvojenost Δ17O i δ18O između prosječnih težinskih čestica Orgueila i Ryugua u usporedbi s Y-82162. Δ17O čestice Ryugu C0014-4 je viši od onog kod čestice Orgeila, unatoč preklapanju na 2 sd. Čestice Ryugua imaju više vrijednosti Δ17O ​​u usporedbi s Orgeilom, što može odražavati kopneno onečišćenje potonjeg od njegovog pada 1864. Trošenje u kopnenom okruženju11 nužno rezultira ugradnjom atmosferskog kisika, približavajući ukupnu analizu zemaljskoj frakcionacijskoj liniji (TFL). Ovaj zaključak je u skladu s mineraloškim podacima (o kojima se ranije raspravljalo) da zrna Ryugua ne sadrže hidrate ili sulfate, dok Orgeil sadrži.
Na temelju gore navedenih mineraloških podataka, ovi rezultati podupiru povezanost između Ryugu zrna i CI hondrita, ali isključuju povezanost CY hondrita. Činjenica da Ryugu zrna nisu povezana s CY hondritima, koji pokazuju jasne znakove dehidracijske mineralogije, zbunjuje. Orbitalna promatranja Ryugua ukazuju na to da je prošao kroz dehidraciju i stoga je vjerojatno sastavljen od CY materijala. Razlozi za ovu očitu razliku ostaju nejasni. Analiza izotopa kisika drugih Ryugu čestica predstavljena je u popratnom radu 12. Međutim, rezultati ovog proširenog skupa podataka također su u skladu s povezanošću između Ryugu čestica i CI hondrita.
Korištenjem tehnika koordinirane mikroanalize (Dopunska slika 3), ispitali smo prostornu raspodjelu organskog ugljika po cijeloj površini frakcije fokusiranog ionskog snopa (FIB) C0068.25 (Sl. 3a–f). Spektri fine strukture X-zraka ugljika (NEXAFS) na bližem rubu u presjeku C0068.25 pokazuju nekoliko funkcionalnih skupina – aromatske ili C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), C(=O)O (287,5 eV) i C(=O)O (288,8 eV) – struktura grafena je odsutna na 291,7 eV (Sl. 3a), što znači nizak stupanj toplinske varijacije. Snažan CH vrh (287,5 eV) parcijalnih organskih tvari C0068.25 razlikuje se od netopljivih organskih tvari prethodno proučavanih ugljičnih hondrita i sličniji je IDP14 i kometarnim česticama dobivenim misijom Stardust. Snažan CH vrh na 287,5 eV i vrlo slab aromatski ili C=C vrh na 285,2 eV ukazuju na to da su organski spojevi bogati alifatskim spojevima (slika 3a i dodatna slika 3a). Područja bogata alifatskim organskim spojevima lokalizirana su u grubozrnatim filosilikatima, kao i u područjima sa slabom aromatskom (ili C=C) strukturom ugljika (slika 3c,d). Nasuprot tome, A0037,22 (dodatna slika 3) djelomično je pokazao niži sadržaj područja bogatih alifatskim ugljikom. Temeljna mineralogija ovih zrna bogata je karbonatima, slično hondritu CI 16, što sugerira opsežnu promjenu izvorne vode (dodatna tablica 1). Oksidacijski uvjeti pogodovat će većim koncentracijama karbonilnih i karboksilnih funkcionalnih skupina u organskim spojevima povezanim s karbonatima. Submikronska raspodjela organskih tvari s alifatskim strukturama ugljika može se vrlo razlikovati od raspodjele grubozrnatih slojevitih silikata. U meteoritu jezera Tagish pronađeni su tragovi alifatskih organskih spojeva povezanih s filosilikatom-OH. Koordinirani mikroanalitički podaci sugeriraju da bi organska tvar bogata alifatskim spojevima mogla biti široko rasprostranjena u asteroidima C-tipa i usko povezana s filosilikatima. Ovaj zaključak u skladu je s prethodnim izvješćima o alifatskim/aromatskim CH₃ u česticama Ryugua koje je demonstrirao MicroOmega, hiperspektralni mikroskop bliskog infracrvenog zračenja. Važno i neriješeno pitanje je jesu li jedinstvena svojstva alifatskih organskih spojeva bogatih ugljikom povezanih s grubozrnatim filosilikatima uočena u ovoj studiji pronađena samo na asteroidu Ryugu.
a, NEXAFS ugljikovi spektri normalizirani na 292 eV u aromatskom (C=C) bogatom području (crveno), u alifatskom bogatom području (zeleno) i u matrici (plavo). Siva linija je Murchison 13 netopljivi organski spektar za usporedbu. au, arbitražna jedinica. b, Spektralna slika skenirajuće transmisijske rendgenske mikroskopije (STXM) K-ruba ugljika koja pokazuje da u presjeku dominira ugljik. c, RGB kompozitni dijagram s aromatskim (C=C) bogatim područjima (crveno), alifatskim bogatim područjima (zeleno) i matricom (plavo). d, organske tvari bogate alifatskim spojevima koncentrirane su u grubozrnatom filosilikatu, područje je povećano iz bijelih isprekidanih okvira u b i c. e, velike nanosfere (ng-1) u području povećanom iz bijelog isprekidanog okvira u b i c. Za: pirotit. Pn: nikal-kromit. f, Nanoskalna sekundarna ionska masena spektrometrija (NanoSIMS), elementarne slike vodika (1H), ugljika (12C) i dušika (12C14N), slike omjera elemenata 12C/1H i unakrsne izotopske slike δD, δ13C i δ15N – Odjeljak PG-1: presolarni grafit s ekstremnim obogaćenjem 13C (Dodatna tablica 4).
Kinetičke studije razgradnje organske tvari u Murchisonovim meteoritima mogu pružiti važne informacije o heterogenoj raspodjeli alifatske organske tvari bogate zrnima Ryugu. Ova studija pokazuje da alifatske CH veze u organskoj tvari ostaju do maksimalne temperature od oko 30°C na matičnom stijenu i/ili se mijenjaju s vremenskim temperaturnim odnosima (npr. 200 godina na 100°C i 0°C 100 milijuna godina). Ako se prethodnik ne zagrijava na određenoj temperaturi dulje od određenog vremena, izvorna raspodjela alifatskih organskih tvari bogatih filosilikatima može se očuvati. Međutim, promjene vode u izvornoj stijeni mogu zakomplicirati ovo tumačenje, jer A0037 bogat karbonatom ne pokazuje nikakva alifatska područja bogata ugljikom povezana s filosilikatima. Ova niska promjena temperature otprilike odgovara prisutnosti kubnog feldspata u zrnima Ryugu (Dodatna tablica 1) 20.
Frakcija C0068.25 (ng-1; slike 3a–c,e) sadrži veliku nanosferu koja pokazuje visoko aromatske (ili C=C), umjereno alifatske i slabe spektre C(=O)O i C=O. Potpis alifatskog ugljika ne podudara se s potpisom netopljivih organskih tvari u rasutom stanju i organskih nanosfera povezanih s hondritima (slika 3a) 17,21. Ramanova i infracrvena spektroskopska analiza nanosfera u jezeru Tagish pokazala je da se sastoje od alifatskih i oksidiranih organskih spojeva i neuređenih policikličkih aromatskih organskih spojeva sa složenom strukturom 22,23. Budući da okolna matrica sadrži organske tvari bogate alifatskim spojevima, potpis alifatskog ugljika u ng-1 može biti analitički artefakt. Zanimljivo je da ng-1 sadrži ugrađene amorfne silikate (slika 3e), teksturu koja još nije zabilježena ni za jednu izvanzemaljsku organsku tvar. Amorfni silikati mogu biti prirodne komponente ng-1 ili nastati amorfizacijom vodenih/bezvodnih silikata ionskim i/ili elektronskim snopom tijekom analize.
NanoSIMS ionske slike presjeka C0068.25 (slika 3f) pokazuju jednolike promjene u δ13C i δ15N, osim za presolarna zrna s velikim obogaćenjem 13C od 30.811 ‰ (PG-1 na slici δ13C na slici 3f) (Dodatna tablica 4). Rendgenske slike elementarnih zrna i TEM slike visoke rezolucije pokazuju samo koncentraciju ugljika i udaljenost između bazalnih ravnina od 0,3 nm, što odgovara grafitu. Vrijedno je napomenuti da su vrijednosti δD (841 ± 394 ‰) i δ15N (169 ± 95 ‰), obogaćene alifatskom organskom tvari povezanom s grubozrnatim filosilikatima, nešto više od prosjeka za cijelo područje C (δD = 528 ± 139 ‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) u C0068.25 (Dodatna tablica 4). Ovo opažanje sugerira da bi organske tvari bogate alifatskim spojevima u grubozrnatim filosilikatima mogle biti primitivnije od okolnih organskih tvari, budući da su potonje možda prošle kroz izotopsku izmjenu s okolnom vodom u izvornom tijelu. Alternativno, ove izotopske promjene mogu biti povezane i s početnim procesom formiranja. Tumači se da su sitnozrnati slojeviti silikati u CI hondritima nastali kao rezultat kontinuirane promjene izvornih grubozrnatih bezvodnih silikatnih nakupina. Organska tvar bogata alifatskim spojevima mogla se formirati iz molekula prekursora u protoplanetarnom disku ili međuzvjezdanom mediju prije formiranja Sunčevog sustava, a zatim je neznatno izmijenjena tijekom promjena vode u matičnom tijelu Ryugu (velikom). Veličina Ryugua (<1,0 km) je premalena da bi dovoljno održala unutarnju toplinu za vodenu alteraciju i stvaranje hidratiziranih minerala25. Veličina Ryugua (<1,0 km) je premalena da bi održala dovoljno unutarnje topline za vodenu alteraciju i stvaranje hidratiziranih minerala25. Veličina (<1,0 km) Ruža je previše mala da bi se podržala dovoljno unutarnja toplina za vodne promjene s obrazovanjem vodenih minerala25. Veličina (<1,0 km) Ryugu je premalen da bi održao dovoljno unutarnje topline za izmjenu vode i stvaranje minerala vode25. Ryugu 的尺寸（<1,0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成含水矿物25。 Ryugu 的尺寸（<1,0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成含水矿物25。 Veličina Rjugu (<1,0 km) previše mala, da bi se podržala unutarnja toplina za promjenu vode s obrazovanjem vodenih minerala25. Veličina Ryugua (<1,0 km) je premalena da bi podržala unutarnju toplinu potrebnu za promjenu vode u minerale vode25.Stoga bi mogli biti potrebni prethodnici Ryugua veličine desetaka kilometara. Organska tvar bogata alifatskim spojevima može zadržati svoje izvorne omjere izotopa zbog povezanosti s grubozrnatim filosilikatima. Međutim, točna priroda izotopskih teških nositelja ostaje neizvjesna zbog složenog i delikatnog miješanja različitih komponenti u tim FIB frakcijama. To mogu biti organske tvari bogate alifatskim spojevima u Ryugu granulama ili grubi filosilikati koji ih okružuju. Treba napomenuti da je organska tvar u gotovo svim ugljičnim hondritima (uključujući CI hondrite) obično bogatija D nego u filosilikatima, s izuzetkom meteorita CM Paris 24, 26.
Grafikoni volumena δD i δ15N FIB kriški dobivenih za A0002.23 i A0002.26, A0037.22 i A0037.23 te C0068.23, C0068.25 i C0068.26 FIB kriške (ukupno sedam FIB kriški od tri Ryugu čestice). Usporedba NanoSIMS-a s drugim objektima Sunčevog sustava prikazana je na sl. 4 (Dodatna tablica 4)27,28. Promjene volumena δD i δ15N u profilima A0002, A0037 i C0068 u skladu su s onima u IDP-u, ali veće nego u hondritima CM i CI (slika 4). Treba napomenuti da je raspon vrijednosti δD za uzorak kometa 29 (-240 do 1655‰) veći od onog kod Ryugua. Volumeni δD i δ15N profila Ryukyua su, u pravilu, manji od prosjeka za komete Jupiterove porodice i Oortovog oblaka (slika 4). Niže vrijednosti δD ​​CI hondrita mogu odražavati utjecaj zemaljske kontaminacije u tim uzorcima. S obzirom na sličnosti između Bellsa, jezera Tagish i IDP-a, velika heterogenost vrijednosti δD i δN ​​u česticama Ryugua može odražavati promjene u početnim izotopskim potpisima organskih i vodenih sastava u ranom Sunčevom sustavu. Slične izotopske promjene δD i δN u česticama Ryugua i IDP-a sugeriraju da su se obje mogle formirati iz materijala iz istog izvora. Vjeruje se da IDP-i potječu iz kometarnih izvora 14. Stoga Ryugu može sadržavati materijal sličan kometu i/ili barem iz vanjskog Sunčevog sustava. Međutim, to bi moglo biti teže nego što ovdje navodimo zbog (1) mješavine sferulitne i D-bogate vode na matičnom tijelu 31 i (2) omjera D/H kometa kao funkcije kometarne aktivnosti 32. Međutim, razlozi za uočenu heterogenost izotopa vodika i dušika u česticama Ryugua nisu u potpunosti razjašnjeni, dijelom zbog ograničenog broja analiza dostupnih danas. Rezultati sustava izotopa vodika i dušika i dalje ukazuju na mogućnost da Ryugu sadrži većinu materijala izvan Sunčevog sustava i stoga može pokazivati ​​određenu sličnost s kometima. Profil Ryugua nije pokazao očitu korelaciju između δ13C i δ15N (Dodatna tablica 4).
Ukupni izotopski sastav H i N čestica Ryugu (crveni krugovi: A0002, A0037; plavi krugovi: C0068) korelira sa Sunčevom magnitudom 27, Jupiterovom srednjom obitelji (JFC27) i kometima Oortovog oblaka (OCC27), IDP28 i ugljikovim hondrulama. Usporedba meteorita 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Izotopski sastav dan je u Dodatnoj tablici 4. Isprekidane linije predstavljaju zemaljske izotopske vrijednosti za H i N.
Prijenos hlapljivih tvari (npr. organske tvari i vode) na Zemlju i dalje je problem26,27,33. Submikronska organska tvar povezana s grubim filosilikatima u Ryugu česticama identificiranim u ovoj studiji može biti važan izvor hlapljivih tvari. Organska tvar u grubozrnatim filosilikatima bolje je zaštićena od degradacije16,34 i raspada35 nego organska tvar u sitnozrnatim matricama. Teži izotopski sastav vodika u česticama znači da je malo vjerojatno da su jedini izvor hlapljivih tvari prenesenih na ranu Zemlju. Mogu se miješati s komponentama s lakšim izotopskim sastavom vodika, kao što je nedavno predloženo u hipotezi o prisutnosti vode pokretane solarnim vjetrom u silikatima.
U ovoj studiji pokazujemo da su CI meteoriti, unatoč svojoj geokemijskoj važnosti kao predstavnici ukupnog sastava Sunčevog sustava,6,10 zemaljski kontaminirani uzorci. Također pružamo izravne dokaze o interakcijama između bogate alifatske organske tvari i susjednih hidratiziranih minerala te sugeriramo da Ryugu može sadržavati ekstrasolarni materijal37. Rezultati ove studije jasno pokazuju važnost izravnog uzorkovanja protoasteroida i potrebu transporta vraćenih uzoraka u potpuno inertnim i sterilnim uvjetima. Ovdje predstavljeni dokazi pokazuju da su čestice Ryugua nesumnjivo jedan od najnekontaminiranijih materijala Sunčevog sustava dostupnih za laboratorijska istraživanja, a daljnje proučavanje ovih dragocjenih uzoraka nesumnjivo će proširiti naše razumijevanje ranih procesa Sunčevog sustava. Čestice Ryugua najbolji su prikaz ukupnog sastava Sunčevog sustava.
Za određivanje složene mikrostrukture i kemijskih svojstava uzoraka submikronske skale koristili smo kompjuteriziranu tomografiju temeljenu na sinkrotronskom zračenju (SR-XCT) i SR rendgensku difrakciju (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM analizu. Nema degradacije, onečišćenja zbog Zemljine atmosfere niti oštećenja od finih čestica ili mehaničkih uzoraka. U međuvremenu smo proveli sustavnu volumetrijsku analizu korištenjem skenirajuće elektronske mikroskopije (SEM)-EDS, EPMA, XRD, instrumentalne neutronske aktivacijske analize (INAA) i opreme za lasersko fluoriranje izotopa kisika. Postupci ispitivanja prikazani su na Dodatnoj slici 3, a svako ispitivanje opisano je u sljedećim odjeljcima.
Čestice s asteroida Ryugu prikupljene su iz modula za ponovni ulazak Hayabusa-2 i dostavljene u Kontrolni centar JAXA-e u Sagamihari u Japanu, bez onečišćenja Zemljine atmosfere4. Nakon početne i nerazorne karakterizacije u objektu kojim upravlja JAXA, koristite hermetički zatvorene spremnike za prijenos između lokacija i vrećice s kapsulama za uzorke (safirno staklo promjera 10 ili 15 mm i nehrđajući čelik, ovisno o veličini uzorka) kako biste izbjegli utjecaj na okoliš. y i/ili onečišćujuće tvari iz tla (npr. vodena para, ugljikovodici, atmosferski plinovi i fine čestice) i unakrsna kontaminacija između uzoraka tijekom pripreme uzorka i transporta između instituta i sveučilišta38. Kako bi se izbjegla degradacija i onečišćenje zbog interakcije sa Zemljinom atmosferom (vodena para i kisik), sve vrste pripreme uzoraka (uključujući usitnjavanje tantalnim dlijetom, korištenje uravnotežene dijamantne žičane pile (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) i rezanje epoksidne smole) (priprema za ugradnju) provedene su u kutiji za rukavice pod čistim suhim N2 (točka rosišta: -80 do -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Svi predmeti koji se ovdje koriste čiste se kombinacijom ultračiste vode i etanola pomoću ultrazvučnih valova različitih frekvencija.
Ovdje proučavamo kolekciju meteorita Nacionalnog polarnog istraživačkog instituta (NIPR) Antarktskog istraživačkog centra za meteorite (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 i CY: Y 980115).
Za prijenos između instrumenata za SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS i TEM analizu, koristili smo univerzalni ultratanki držač uzoraka opisan u prethodnim studijama38.
SR-XCT analiza uzoraka Ryugu provedena je korištenjem integriranog CT sustava BL20XU/SPring-8. Integrirani CT sustav sastoji se od različitih načina mjerenja: široko vidno polje i način niske rezolucije (WL) za snimanje cijele strukture uzorka, usko vidno polje i način visoke rezolucije (NH) za točno mjerenje površine uzorka, te radiografije i snimke za dobivanje difrakcijskog uzorka volumena uzorka te XRD-CT za dobivanje 2D dijagrama mineralnih faza horizontalne ravnine u uzorku. Imajte na umu da se sva mjerenja mogu izvesti bez korištenja ugrađenog sustava za uklanjanje držača uzorka s baze, što omogućuje točna CT i XRD-CT mjerenja. WL način rada, detektor X-zraka (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) bio je opremljen dodatnom metal-oksid-poluvodičkom (CMOS) kamerom rezolucije 4608 × 4608 piksela (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) sa scintilatorom koji se sastoji od monokristala lutecijevog aluminijevog granata debljine 10 µm (Lu3Al5O12:Ce) i relejne leće. Veličina piksela u WL načinu rada je oko 0,848 µm. Dakle, vidno polje (FOV) u WL načinu rada je približno 6 mm u offset CT načinu rada. Detektor X-zraka u NH modu (BM AA50; Hamamatsu Photonics) bio je opremljen scintilatorom od gadolinijevog-aluminijevog-galijevog granata (Gd3Al2Ga3O12) debljine 20 µm, CMOS kamerom (C11440-22CU) rezolucije 2048 × 2048 piksela; Hamamatsu Photonics) i lećom ×20. Veličina piksela u NH modu je ~0,25 µm, a vidno polje ~0,5 mm. Detektor za XRD mod (BM AA60; Hamamatsu Photonics) bio je opremljen scintilatorom koji se sastoji od 50 µm debelog P43 (Gd2O2S:Tb) praškastog zaslona, ​​CMOS kamere rezolucije 2304 × 2304 piksela (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) i relejne leće. Detektor ima efektivnu veličinu piksela od 19,05 µm i vidno polje od 43,9 mm2. Za povećanje FOV-a (vidnog polja), primijenili smo offset CT postupak u WL načinu rada. Slika propuštenog svjetla za CT rekonstrukciju sastoji se od slike u rasponu od 180° do 360° reflektirane horizontalno oko osi rotacije i slike u rasponu od 0° do 180°.
U XRD načinu rada, rendgenski snop fokusira se Fresnelovom zonskom pločom. U ovom načinu rada, detektor je postavljen 110 mm iza uzorka, a graničnik snopa je 3 mm ispred detektora. Difrakcijske slike u rasponu 2θ od 1,43° do 18,00° (razmak rešetke d = 16,6–1,32 Å) dobivene su s rendgenskom točkom fokusiranom na dno vidnog polja detektora. Uzorak se pomiče vertikalno u pravilnim intervalima, s pola okreta za svaki korak vertikalnog skeniranja. Ako mineralne čestice zadovoljavaju Braggov uvjet kada se rotiraju za 180°, moguće je dobiti difrakciju mineralnih čestica u horizontalnoj ravnini. Difrakcijske slike su zatim spojene u jednu sliku za svaki korak vertikalnog skeniranja. Uvjeti SR-XRD-CT ispitivanja gotovo su isti kao i oni za SR-XRD ispitivanje. U XRD-CT načinu rada, detektor je postavljen 69 mm iza uzorka. Difrakcijske slike u rasponu 2θ kreću se od 1,2° do 17,68° (d = 19,73 do 1,35 Å), gdje su i rendgenski snop i ograničivač snopa u liniji sa središtem vidnog polja detektora. Skenirajte uzorak vodoravno i rotirajte uzorak za 180°. SR-XRD-CT slike rekonstruirane su s vršnim intenzitetima minerala kao vrijednostima piksela. Kod horizontalnog skeniranja, uzorak se obično skenira u 500–1000 koraka.
Za sve eksperimente, energija X-zraka bila je fiksirana na 30 keV, budući da je to donja granica prodiranja X-zraka u meteorite promjera oko 6 mm. Broj slika dobivenih za sva CT mjerenja tijekom rotacije od 180° bio je 1800 (3600 za offset CT program), a vrijeme ekspozicije slika bilo je 100 ms za WL način rada, 300 ms za NH način rada, 500 ms za XRD i 50 ms za XRD-CT ms. Tipično vrijeme skeniranja uzorka je oko 10 minuta u WL načinu rada, 15 minuta u NH načinu rada, 3 sata za XRD i 8 sati za SR-XRD-CT.
CT slike su rekonstruirane konvolucijskom povratnom projekcijom i normalizirane za linearni koeficijent atenuacije od 0 do 80 cm-1. Za analizu 3D podataka korišten je Slice softver, a za analizu XRD podataka muXRD softver.
Čestice Ryugua fiksirane epoksidom (A0029, A0037, C0009, C0014 i C0068) postupno su polirane na površini do razine dijamantnog filma debljine 0,5 µm (3M) u suhim uvjetima, izbjegavajući kontakt materijala s površinom tijekom procesa poliranja. Polirana površina svakog uzorka prvo je pregledana svjetlosnom mikroskopijom, a zatim povratno raspršenim elektronima kako bi se dobile mineraloške i teksturne slike (BSE) uzoraka i kvalitativna NIPR slika pomoću JEOL JSM-7100F SEM-a opremljenog energetski disperzivnim spektrometrom (AZtec). Za svaki uzorak, sadržaj glavnih i sporednih elemenata analiziran je pomoću mikroanalizatora s elektronskom sondom (EPMA, JEOL JXA-8200). Analizirane su čestice filosilikata i karbonata pri 5 nA, prirodni i sintetski standardi pri 15 keV, sulfidi, magnetit, olivin i piroksen pri 30 nA. Modalni stupnjevi izračunati su iz mapa elemenata i BSE slika korištenjem softvera ImageJ 1.53 s odgovarajućim pragovima proizvoljno postavljenim za svaki mineral.
Analiza izotopa kisika provedena je na Otvorenom sveučilištu (Milton Keynes, UK) korištenjem infracrvenog laserskog sustava fluoriranja. Uzorci Hayabusa2 dostavljeni su na Otvoreno sveučilište 38 u spremnicima napunjenim dušikom za prijenos između ustanova.
Uzorkovanje je provedeno u kutiji s dušikom i praćenom razinom kisika ispod 0,1%. Za analitički rad s Hayabusa2, izrađen je novi držač uzorka Ni, koji se sastoji od samo dva otvora za uzorak (promjer 2,5 mm, dubina 5 mm), jednog za čestice Hayabusa2, a drugog za interni standard opsidijana. Tijekom analize, posuda za uzorak koja sadrži materijal Hayabusa2 bila je prekrivena unutarnjim prozorom BaF2 debljine približno 1 mm i promjera 3 mm kako bi se uzorak držao tijekom laserske reakcije. Protok BrF5 do uzorka održavao se kanalom za miješanje plina izrezanim u držaču uzorka Ni. Komora za uzorak je također rekonfigurirana tako da se mogla ukloniti iz vakuumske linije za fluoriranje, a zatim otvoriti u kutiji s rukavicama ispunjenoj dušikom. Dvodjelna komora je zapečaćena bakrenim kompresijskim brtvama i EVAC brzootpuštajućom CeFIX 38 stezaljkom. Prozor BaF2 debljine 3 mm na vrhu komore omogućuje istovremeno promatranje uzorka i laserskog zagrijavanja. Nakon umetanja uzorka, ponovno stegnite komoru i ponovno je spojite na fluoriranu liniju. Prije analize, komora za uzorke zagrijavana je pod vakuumom na oko 95 °C preko noći kako bi se uklonila sva adsorbirana vlaga. Nakon zagrijavanja preko noći, komora se ohladila na sobnu temperaturu, a zatim je dio izložen atmosferi tijekom prijenosa uzorka pročišćen s tri alikvota BrF5 kako bi se uklonila vlaga. Ovi postupci osiguravaju da uzorak Hayabusa 2 nije izložen atmosferi i da nije kontaminiran vlagom iz dijela fluorirane linije koji se ispušta u atmosferu tijekom utovara uzorka.
Uzorci čestica Ryugu C0014-4 i Orgueil (CI) analizirani su u modificiranom „jednostrukom“ načinu rada42, dok je analiza Y-82162 (CY) provedena na jednom pladnju s više jažica za uzorke41. Zbog njihovog bezvodnog sastava, nije potrebno koristiti jednu metodu za CY hondrite. Uzorci su zagrijavani pomoću infracrvenog CO2 lasera Photon Machines Inc. snage 50 W (10,6 µm) postavljenog na XYZ portal u prisutnosti BrF5. Ugrađeni video sustav prati tijek reakcije. Nakon fluoriranja, oslobođeni O2 je pročišćen pomoću dvije kriogene dušikove hvataljke i zagrijanog sloja KBr kako bi se uklonio višak fluora. Izotopski sastav pročišćenog kisika analiziran je na dvokanalnom masenom spektrometru Thermo Fisher MAT 253 s masenom rezolucijom od oko 200.
U nekim slučajevima, količina plinovitog O2 oslobođenog tijekom reakcije uzorka bila je manja od 140 µg, što je približna granica korištenja uređaja s mijehom na masenom spektrometru MAT 253. U tim slučajevima, za analizu koristite mikrovolume. Nakon analize čestica Hayabusa2, interni standard opsidijana je fluoriran i određen je njegov izotopski sastav kisika.
Ioni fragmenta NF+ NF3+ interferiraju sa snopom mase 33 (16O17O). Kako bi se uklonio ovaj potencijalni problem, većina uzoraka se obrađuje postupcima kriogenog odvajanja. To se može učiniti u smjeru naprijed prije MAT 253 analize ili kao druga analiza vraćanjem analiziranog plina natrag u posebno molekularno sito i ponovnim propuštanjem nakon kriogenog odvajanja. Kriogeno odvajanje uključuje dovod plina u molekularno sito na temperaturi tekućeg dušika, a zatim njegovo ispuštanje u primarno molekularno sito na temperaturi od -130°C. Opsežno testiranje pokazalo je da NF+ ostaje na prvom molekularnom situ i da se ovom metodom ne događa značajno frakcioniranje.
Na temelju ponovljenih analiza naših internih standarda opsidijana, ukupna točnost sustava u načinu rada s mijehom je: ±0,053‰ za δ17O, ±0,095‰ za δ18O, ±0,018‰ za Δ17O (2 sd). Analiza izotopa kisika dana je u standardnoj delta notaciji, gdje se delta18O izračunava kao:
Također koristite omjer 17O/16O za δ17O. VSMOW je međunarodni standard za Bečki standard srednje morske vode. Δ17O predstavlja odstupanje od linije frakcioniranja Zemlje, a formula za izračun je: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Svi podaci prikazani u Dodatnoj tablici 3 prilagođeni su za praznine.
Presjeci debljine približno 150 do 200 nm izdvojeni su iz Ryugu čestica pomoću Hitachi High Tech SMI4050 FIB instrumenta u JAMSTEC-u, Kochi Core Sampling Institute. Treba napomenuti da su svi FIB presjeci dobiveni iz neobrađenih fragmenata neobrađenih čestica nakon što su uklonjeni iz posuda ispunjenih plinom N2 radi međuobjektnog prijenosa. Ovi fragmenti nisu mjereni SR-CT-om, već su obrađeni uz minimalno izlaganje Zemljinoj atmosferi kako bi se izbjegla potencijalna oštećenja i kontaminacija koja bi mogla utjecati na K-rubni spektar ugljika. Nakon nanošenja zaštitnog sloja volframa, područje interesa (do 25 × 25 μm2) izrezano je i stanjuno snopom iona Ga+ pri ubrzavajućem naponu od 30 kV, zatim pri 5 kV i struji sonde od 40 pA kako bi se smanjilo oštećenje površine. Ultratanki presjeci zatim su postavljeni na povećanu bakrenu mrežu (Kochi mreža) 39 pomoću mikromanipulatora opremljenog FIB-om.
Peleti Ryugu A0098 (1,6303 mg) i C0068 (0,6483 mg) dva su puta zapečaćeni u listovima čistog polietilena visoke čistoće u komori za rukavice ispunjenoj čistim dušikom na SPring-8 bez ikakve interakcije sa Zemljinom atmosferom. Priprema uzorka za JB-1 (referentnu geološku stijenu koju je izdao Geološki zavod Japana) provedena je na Metropolitanskom sveučilištu u Tokiju.
INAA se održava u Institutu za integrirane radijacijske i nuklearne znanosti Sveučilišta u Kyotu. Uzorci su dva puta ozračeni s različitim ciklusima ozračenja odabranim prema vremenu poluraspada nuklida korištenog za kvantifikaciju elemenata. Prvo je uzorak ozračen u pneumatskoj cijevi za ozračenje tijekom 30 sekundi. Tokovi toplinskih i brzih neutrona na sl. 3 iznose 4,6 × 1012 i 9,6 × 1011 cm-2 s-1, redom, za određivanje sadržaja Mg, Al, Ca, Ti, V i Mn. Kemikalije poput MgO (čistoće 99,99%, Soekawa Chemical), Al (čistoće 99,9%, Soekawa Chemical) i metalnog Si (čistoće 99,999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical) također su ozračene kako bi se ispravile interferirajuće nuklearne reakcije poput (n, n). Uzorak je također ozračen natrijevim kloridom (čistoće 99,99%; MANAC) kako bi se ispravile promjene u neutronskom fluksu.
Nakon neutronskog zračenja, vanjska polietilenska folija zamijenjena je novom, a gama zračenje koje emitiraju uzorak i referenca odmah je izmjereno Ge detektorom. Isti uzorci ponovno su ozračeni 4 sata u pneumatskoj cijevi za ozračivanje. Slika 2 ima toplinski i brzi neutronski tok od 5,6 x 1012 i 1,2 x 1012 cm-2 s-1, respektivno, za određivanje Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, sadržaja Se, Sb, Os, Ir i Au. Kontrolni uzorci Ga, As, Se, Sb, Os, Ir i Au ozračeni su nanošenjem odgovarajućih količina (od 10 do 50 μg) standardnih otopina poznatih koncentracija ovih elemenata na dva komada filter papira, nakon čega je uslijedilo ozračivanje uzoraka. Brojanje gama zraka provedeno je u Institutu za integrirane radijacijske i nuklearne znanosti Sveučilišta u Kyotu i Istraživačkom centru RI Sveučilišta u Tokiju. Analitički postupci i referentni materijali za kvantitativno određivanje INAA elemenata isti su kao oni opisani u našem prethodnom radu.
Za prikupljanje difrakcijskih uzoraka uzoraka Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) na NIPR-u korišten je rendgenski difraktometar (Rigaku SmartLab). Za prikupljanje difrakcijskih uzoraka uzoraka Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) na NIPR-u korišten je rendgenski difraktometar (Rigaku SmartLab). Rentgenovski difraktometar (Rigaku SmartLab) korišten je za prikupljanje difrakcijskih slika uzoraka Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) u NIPR-u. Za prikupljanje difrakcijskih uzoraka uzoraka Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) i C0087 (<1 mg) u NIPR-u korišten je rendgenski difraktometar (Rigaku SmartLab).使用X 射线衍射仪 (Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 的衍射图案。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) 的衍射图案。 Uzorci difraktograma Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) i C0087 (<1 mg) dobiveni su u NIPR-u korištenjem rentgenskog difraktometra (Rigaku SmartLab). Rendgenski difrakcijski uzorci uzoraka Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) i C0087 (<1 mg) dobiveni su na NIPR-u korištenjem rendgenskog difraktometra (Rigaku SmartLab).Svi uzorci su samljeveni u fini prah na silicijskoj nereflektirajućoj pločici pomoću safirne staklene ploče, a zatim ravnomjerno raspoređeni po silicijskoj nereflektirajućoj pločici bez ikakve tekućine (vode ili alkohola). Uvjeti mjerenja su sljedeći: Cu Kα rendgensko zračenje generira se pri naponu cijevi od 40 kV i struji cijevi od 40 mA, granična duljina proreza je 10 mm, kut divergencije je (1/6)°, brzina rotacije u ravnini je 20 okretaja u minuti, a raspon je 2θ (dvostruki Braggov kut) je 3-100° i traje oko 28 sati za analizu. Korištena je Bragg Brentano optika. Detektor je jednodimenzionalni silicijski poluvodički detektor (D/teX Ultra 250). Rendgenske zrake Cu Kβ uklonjene su pomoću Ni filtera. Korištenjem dostupnih uzoraka, uspoređena su mjerenja sintetičkog magnezijevog saponita (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentina (lisni serpentin, Miyazu, Nikka) i pirotita (monoklinski 4C, Chihua, Mexico Watts) kako bi se identificirali vrhovi i koristili podaci o difrakciji praha iz Međunarodnog centra za difrakcijske podatke, dolomita (PDF 01-071-1662) i magnetita (PDF 00-019-0629). Podaci o difrakciji iz Ryugua također su uspoređeni s podacima o hidroalteriranim ugljičnim hondritima, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 i Y 980115 CY (faza zagrijavanja III, 500–750°C). Usporedba je pokazala sličnosti s Orgueilom, ali ne i s Y-791198 i Y 980115.
NEXAFS spektri s ugljikovim rubom K ultratankih presjeka uzoraka izrađenih od FIB-a izmjereni su pomoću STXM BL4U kanala na UVSOR sinkrotronskom postrojenju u Institutu za molekularne znanosti (Okazaki, Japan). Veličina točke snopa optički fokusiranog Fresnelovom zonskom pločom je približno 50 nm. Energetski korak je 0,1 eV za finu strukturu područja blizu ruba (283,6–292,0 eV) i 0,5 eV (280,0–283,5 eV i 292,5–300,0 eV) za prednja i stražnja područja. Vrijeme za svaki piksel slike postavljeno je na 2 ms. Nakon evakuacije, STXM analitička komora napunjena je helijem pod tlakom od oko 20 mbar. To pomaže u smanjenju toplinskog pomicanja rendgenske optičke opreme u komori i držaču uzorka, kao i u smanjenju oštećenja i/ili oksidacije uzorka. NEXAFS K-rubni ugljični spektri generirani su iz složenih podataka pomoću softvera aXis2000 i vlasničkog softvera za obradu podataka STXM. Treba napomenuti da se kutija za prijenos uzorka i kutija za rukavice koriste kako bi se izbjegla oksidacija i kontaminacija uzorka.
Nakon STXM-NEXAFS analize, izotopski sastav vodika, ugljika i dušika Ryugu FIB kriški analiziran je korištenjem izotopskog snimanja s JAMSTEC NanoSIMS 50L. Fokusirani primarni snop Cs+ od oko 2 pA za analizu izotopa ugljika i dušika te oko 13 pA za analizu izotopa vodika rasteriziran je na površini od oko 24 × 24 µm2 do 30 × 30 µm2 na uzorku. Nakon 3-minutnog predraspršivanja relativno jakom strujom primarnog snopa, svaka analiza započeta je nakon stabilizacije intenziteta sekundarnog snopa. Za analizu izotopa ugljika i dušika, slike 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– i 12C15N– istovremeno su dobivene korištenjem multipleks detekcije sa sedam elektronskih multiplikatora s masenom rezolucijom od približno 9000, što je dovoljno za odvajanje svih relevantnih izotopskih spojeva. interferencija (tj. 12C1H na 13C i 13C14N na 12C15N). Za analizu izotopa vodika dobivene su 1H-, 2D- i 12C- slike s masenom rezolucijom od približno 3000 s višestrukom detekcijom korištenjem tri elektronska multiplikatora. Svaka analiza sastoji se od 30 skeniranih slika istog područja, s jednom slikom koja se sastoji od 256 × 256 piksela za analizu izotopa ugljika i dušika te 128 × 128 piksela za analizu izotopa vodika. Vrijeme kašnjenja je 3000 µs po pikselu za analizu izotopa ugljika i dušika te 5000 µs po pikselu za analizu izotopa vodika. Koristili smo 1-hidroksibenzotriazol hidrat kao standarde izotopa vodika, ugljika i dušika za kalibraciju instrumentalnog frakcioniranja mase45.
Za određivanje izotopskog sastava silicija u predsolarnom grafitu u profilu FIB C0068-25 koristili smo šest elektronskih multiplikatora s masenom rezolucijom od oko 9000. Slike se sastoje od 256 × 256 piksela s vremenom kašnjenja od 3000 µs po pikselu. Kalibrirali smo instrument za frakcioniranje mase koristeći silicijeve pločice kao standarde izotopa vodika, ugljika i silicija.
Izotopske slike obrađene su pomoću NASA-inog softvera za obradu slika NanoSIMS45. Podaci su korigirani za mrtvo vrijeme elektronskog multiplikatora (44 ns) i efekte kvazi-simultanog dolaska. Različito poravnanje skeniranja za svaku sliku kako bi se ispravio pomak slike tijekom akvizicije. Konačna izotopska slika stvara se dodavanjem sekundarnih iona iz svake slike za svaki piksel skeniranja.
Nakon STXM-NEXAFS i NanoSIMS analize, isti FIB presjeci su ispitani transmisijskim elektronskim mikroskopom (JEOL JEM-ARM200F) pri ubrzavajućem naponu od 200 kV u Kochiju, JAMSTEC. Mikrostruktura je promatrana pomoću TEM-a u svijetlom polju i TEM-a pod visokim kutom skeniranja u tamnom polju. Mineralne faze su identificirane difrakcijom spot elektrona i snimanjem rešetkastih vrpci, a kemijska analiza je provedena EDS-om sa silicijskim drift detektorom od 100 mm2 i softverom JEOL Analysis Station 4.30. Za kvantitativnu analizu, karakteristični intenzitet X-zraka za svaki element je mjeren u TEM načinu skeniranja s fiksnim vremenom akvizicije podataka od 30 s, područjem skeniranja snopa od ~100 × 100 nm2 i strujom snopa od 50 pA. Omjer (Si + Al)-Mg-Fe u slojevitim silikatima određen je pomoću eksperimentalnog koeficijenta k, korigiranog za debljinu, dobivenog iz standarda prirodnog piropagarnata.
Sve slike i analize korištene u ovoj studiji dostupne su na JAXA Data Archiving and Communication System (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Ovaj članak pruža izvorne podatke.
Kitari, K. i dr. Sastav površine asteroida 162173 Ryugu kako ga je promatrao instrument Hayabusa2 NIRS3. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Ugljični hondriti (CY) tipa Yamato: analozi površine asteroida Ryugu? Geokemija 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. i dr. Prva analiza sastava uzoraka Ryugu provedena je pomoću hiperspektralnog mikroskopa MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. i dr. Preliminarna analiza uzorka Hyabusa2 vraćenog s asteroida tipa C Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).