תודה שביקרת ב-Nature.com.לגרסת הדפדפן שבה אתה משתמש יש תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, נעבד את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
נדיפים ועשירים בחומר אורגני, אסטרואידים מסוג C עשויים להיות אחד ממקורות המים העיקריים על פני כדור הארץ.נכון לעכשיו, כונדריטים נושאי פחמן נותנים את הרעיון הטוב ביותר לגבי ההרכב הכימי שלהם, אבל המידע על מטאוריטים מעוות: רק הסוגים העמידים ביותר שורדים להיכנס לאטמוספירה ולאחר מכן אינטראקציה עם סביבת כדור הארץ.כאן אנו מציגים את התוצאות של מחקר נפחי ומיקרואנליטי מפורט של חלקיק הריוגו העיקרי שנמסר לכדור הארץ על ידי החללית Hayabusa-2.חלקיקי ריוגו מראים התאמה הדוקה בהרכבם לכונדריטים CI (סוג Iwuna), שאינם מחולקים כימית אך עברו שינוי במים, שנמצאים בשימוש נרחב כאינדיקטור להרכב הכללי של מערכת השמש.דגימה זו מציגה קשר מרחבי מורכב בין חומרים אורגניים אליפטיים עשירים וסיליקטים שכבות ומציינת טמפרטורה מקסימלית של כ-30 מעלות צלזיוס במהלך שחיקת מים.מצאנו שפע של דאוטריום ודיאזוניום בהתאמה למקור חוץ-שמשי.חלקיקי ריוגו הם החומר הזר הכי לא מזוהם ובלתי נפרד שנחקר אי פעם ומתאימים בצורה הטובה ביותר להרכב הכללי של מערכת השמש.
מיוני 2018 עד נובמבר 2019, חללית Hayabusa2 של סוכנות חקר החלל היפנית (JAXA) ערכה סקר מרחוק נרחב של האסטרואיד Ryugu.נתונים מספקטרומטר אינפרא אדום קרוב (NIRS3) ב-Hayabusa-2 מצביעים על כך ש-Ryugu עשוי להיות מורכב מחומר הדומה לכונדריטים פחמניים תרמית ו/או הלם-מטמורפיים.ההתאמה הקרובה ביותר היא CY chondrite (סוג יאמאטו) 2. ניתן להסביר את האלבדו הנמוך של Ryugu על ידי נוכחותם של מספר רב של רכיבים עשירים בפחמן, כמו גם גודל חלקיקים, נקבוביות והשפעות בליה מרחביות.החללית Hayabusa-2 ביצעה שתי נחיתות ואיסוף דגימות על Ryuga.במהלך הנחיתה הראשונה ב-21 בפברואר 2019 התקבל חומר משטח אשר אוחסן בתא A של קפסולת ההחזרה, ובנחיתה השנייה ב-11 ביולי 2019 נאסף חומר ליד מכתש מלאכותי שנוצר על ידי פגיעה ניידת קטנה.דגימות אלו מאוחסנות באגף C. אפיון ראשוני לא הרסני של החלקיקים בשלב 1 בחדרים מיוחדים, לא מזוהמים וטהורים מלאי חנקן במתקנים המנוהלים על ידי JAXA, הצביע על כך שחלקיקי Ryugu היו דומים ביותר לכונדריטים CI4 והציגו "רמות שונות של שונות"3.הסיווג הסותר לכאורה של Ryugu, בדומה לכונדריטים CY או CI, יכול להיפתר רק על ידי אפיון איזוטופי, יסודי ומינרלוגי מפורט של חלקיקי Ryugu.התוצאות המוצגות כאן מספקות בסיס מוצק לקביעה איזה משני הסברים ראשוניים אלה להרכב הכולל של האסטרואיד Ryugu הוא הסביר ביותר.
שמונה כדורי Ryugu (בערך 60 מ"ג בסך הכל), ארבעה מתא A וארבעה מתא C, הוקצו לשלב 2 לניהול צוות קוצ'י.המטרה העיקרית של המחקר היא להבהיר את הטבע, המקור וההיסטוריה האבולוציונית של האסטרואיד Ryugu, ולתעד קווי דמיון והבדלים עם דגימות מחוץ לכדור הארץ ידועות אחרות כגון כונדריטים, חלקיקי אבק בין-פלנטריים (IDPs) ושביטים חוזרים.דגימות שנאספו על ידי משימת אבק הכוכבים של נאס"א.
ניתוח מינרלוגי מפורט של חמישה גרגרי Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 ו-C0068) הראה שהם מורכבים בעיקר מפילוזיליקטים עדינים וגסים (~64-88 כרך%; איור 1a, ב, איור משלים 1).וטבלה נוספת 1).פילסיליקטים בעלי גרגיר גס מופיעים כאגרגטים נוצצים (בגודל של עד עשרות מיקרונים) במטריצות עדינות גרגירים, עשירות בפילוזיליקט (בגודל של פחות מכמה מיקרונים).חלקיקי סיליקט שכבות הם סימביונים של סרפנטין-ספוניט (איור 1c).המפה (Si + Al)-Mg-Fe מראה גם כי למטריצת הסיליקט בשכבות בתפזורת יש הרכב ביניים בין סרפנטין לסאפוניט (איור 2א, ב).מטריצת פילוסיליקט מכילה מינרלים קרבונטים (~2-21 כרך%), מינרלים סולפידים (~2.4-5.5 כרך%) ומגנטיט (כ-3.6-6.8 כרך%).אחד החלקיקים שנבדקו במחקר זה (C0009) הכיל כמות קטנה (~0.5 כרך%) של סיליקטים נטול מים (אוליבין ופירוקסן), אשר עשוי לסייע בזיהוי חומר המקור שהרכיב את אבן ריוג'ו הגולמית5.סיליקט נטול מים זה נדיר בכדורי Ryugu וזוהה באופן חיובי רק בכדורי C0009.קרבונטים נמצאים במטריקס כשברים (פחות מכמה מאות מיקרון), בעיקר דולומיט, עם כמויות קטנות של סידן פחמתי ובריל.מגנטיט מתרחש כחלקיקים מבודדים, פרמבואידים, פלאקים או אגרגטים כדוריים.סולפידים מיוצגים בעיקר על ידי פיררוטיט בצורה של מנסרות/צלחות משושה לא סדירות.המטריצה ​​מכילה כמות גדולה של פנטלנדיט תת-מיקרון או בשילוב עם פיררוטיט. שלבים עשירים בפחמן (פחות מ-10 מיקרומטר בגודל) מתרחשים בכל מקום במטריצה ​​העשירה בפילוזיליקט. שלבים עשירים בפחמן (פחות מ-10 מיקרומטר בגודל) מתרחשים בכל מקום במטריצה ​​העשירה בפילוזיליקט. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой филлосиликатами матрице. שלבים עשירים בפחמן (פחות מ-10 מיקרומטר בגודל) מתרחשים בכל מקום במטריצה ​​העשירה בפילוזיליקט.富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。 Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) преобладают в богатой philлосиликатами матрице. שלבים עשירים בפחמן (פחות מ-10 מיקרומטר בגודל) שולטים במטריצה ​​העשירה בפילוסיליקט.מינרלים נלווים אחרים מוצגים בטבלה משלימה 1. רשימת המינרלים שנקבעה מדפוס עקיפה של קרני רנטגן של תערובת C0087 ו-A0029 ו-A0037 תואמת מאוד לזו שנקבעה בכונדריט CI (Orgueil), אך שונה מאוד מהנתונים CY ו-CM (Migrithei מורחב Figuregure2).תכולת היסודות הכוללת של גרגרי Ryugu (A0098, C0068) תואמת גם היא ל-Chondrite 6 CI (נתונים מורחבים, איור 2 וטבלה משלימה 2).לעומת זאת, כונדריטים CM מתרוקנים ביסודות נדיפים במידה בינונית ובעלת נדיפות גבוהה, במיוחד Mn ו-Zn, ומעלה ביסודות עקשנים7.הריכוזים של אלמנטים מסוימים משתנים מאוד, מה שעשוי להיות השתקפות של ההטרוגניות המובנית של המדגם בשל הגודל הקטן של חלקיקים בודדים והטיית הדגימה הנובעת מכך.כל המאפיינים הפטרולוגיים, המינרלוגים והאלמנטריים מצביעים על כך שגרגרי ריוגו דומים מאוד לכונדריטים CI8,9,10.יוצא דופן בולט הוא היעדר פריהידריט וסולפט בדגני ריוגו, מה שמרמז על כך שהמינרלים הללו בכונדריטים CI נוצרו על ידי בליה יבשתית.
א, תמונת רנטגן מורכבת של Mg Kα (אדום), Ca Kα (ירוק), Fe Kα (כחול) ו-S Kα (צהוב) חלק מלוטש יבש C0068.השבר מורכב מסיליקטים שכבות (אדום: ~88 כרך%), קרבונטים (דולומיט; ירוק בהיר: ~1.6 כרך%), מגנטיט (כחול: ~5.3 כרך%) וסולפידים (צהוב: סולפיד = ~2.5% כרך חיבור. ב, תמונה של אזור קווי המתאר באלקטרונים מפוזרים לאחור; מיץ מגנט - דומיט; הוא מגנט - i סולפיד; - אבן סבון; Srp - סרפנטין. c, תמונת מיקרוסקופיה אלקטרונית של העברה ברזולוציה גבוהה (TEM) של גידול ספוניטי-סרפנטיני טיפוסי המראה פסים של סרפנטין וסרפנטין של 0.7 ננומטר ו-1.1 ננומטר, בהתאמה.
הרכב המטריצה ​​והסיליקט השכבתי (ב%) של חלקיקי Ryugu A0037 (עיגולים אדומים מוצקים) ו-C0068 (עיגולים כחולים מוצקים) מוצג במערכת הטרינרית (Si+Al)-Mg-Fe.א, תוצאות מיקרואנליזה של Electron Probe (EPMA) זוממו כנגד כונדריטים CI (Ivuna, Orgueil, Alais)16 מוצגות באפור לשם השוואה.ב, סריקת TEM (STEM) וניתוח ספקטרוסקופיה של קרני רנטגן מפזרת אנרגיה (EDS) מוצגות לצורך השוואה עם מטאוריטים Orgueil9 ו-Murchison46 ו-IDP47.פילוסיליקטים עדינים וגסים נותחו, תוך הימנעות מחלקיקים קטנים של ברזל גופרתי.הקווים המקווקוים ב-a ו-b מציגים את קווי הפירוק של ספוניט וסרפנטין.ההרכב העשיר בברזל ב-a עשוי להיות בגלל גרגרי ברזל גופרתי תת-מיקרוניים בתוך גרגרי הסיליקט השכבתיים, שלא ניתן לשלול על ידי הרזולוציה המרחבית של ניתוח EPMA.נקודות נתונים בעלות תכולת Si גבוה יותר מהסאפוניט ב-b עשויות להיגרם על ידי נוכחות של חומר עשיר בסיליקון אמורפי בגודל ננו במרווחים של שכבת פילוסיליקט.מספר ניתוחים: N=69 עבור A0037, N=68 עבור EPMA, N=68 עבור C0068, N=19 עבור A0037 ו-N=27 עבור C0068 עבור STEM-EDS.ג, מפת איזוטופים של חלקיק טריאוקסי Ryugu C0014-4 בהשוואה לערכי כונדריט CI (Orgueil), CY (Y-82162) ונתוני ספרות (CM ו-C2-ung)41,48,49.השגנו נתונים עבור המטאוריטים Orgueil ו-Y-82162.CCAM הוא קו של מינרלים פחמניים פחמניים מינרלים, TFL הוא קו מפריד קרקע.מפות d, Δ17O ו-δ18O של חלקיק Ryugu C0014-4, CI chondrite (Orgueil) ו-CY chondrite (Y-82162) (מחקר זה).Δ17O_Ryugu: הערך של Δ17O C0014-1.Δ17O_Orgueil: ערך Δ17O ממוצע עבור Orgueil.Δ17O_Y-82162: ערך Δ17O ממוצע עבור Y-82162.נתוני CI ו-CY מהספרות 41, 48, 49 מוצגים גם הם לשם השוואה.
ניתוח איזוטופים המוני של חמצן בוצע על דגימה של 1.83 מ"ג של חומר שהופק מגרגרי C0014 על ידי הפלרה בלייזר (שיטות).לשם השוואה, הרצנו שבעה עותקים של Orgueil (CI) (מסה כוללת = 8.96 מ"ג) ושבעה עותקים של Y-82162 (CY) (מסה כוללת = 5.11 מ"ג) (טבלה משלימה 3).
על איור.2d מראה הפרדה ברורה של Δ17O ו-δ18O בין החלקיקים הממוצעים במשקל של Orgueil ו-Ryugu בהשוואה ל-Y-82162.Δ17O של חלקיק Ryugu C0014-4 גבוה מזה של חלקיק Orgeil, למרות החפיפה ב-2 sd.לחלקיקי Ryugu יש ערכי Δ17O גבוהים יותר בהשוואה ל-Orgeil, מה שעשוי לשקף את הזיהום היבשתי של האחרון מאז נפילתו בשנת 1864. בליה בסביבה היבשתית11 מביאה בהכרח לשילוב חמצן אטמוספרי, ומקרבת את הניתוח הכולל לקו החלוקה היבשתי (TFL).מסקנה זו עולה בקנה אחד עם הנתונים המינרלוגיים (שדונו קודם לכן) שגרגרי ריוגו אינם מכילים הידרטים או סולפטים, בעוד ש-Orgeil מכיל.
בהתבסס על הנתונים המינרלוגיים לעיל, תוצאות אלו תומכות בקשר בין גרגרי ריוג'ו לכונדריטים CI, אך שוללות קשר של כונדריטים CY.העובדה שגרגרי Ryugu אינם קשורים לכונדריטים CY, המראים סימנים ברורים של מינרלוגיית התייבשות, תמוהה.נראה כי תצפיות מסלוליות של Ryugu מצביעות על כך שהוא עבר התייבשות ולכן ככל הנראה מורכב מחומר CY.הסיבות להבדל לכאורה זה נותרו לא ברורות.ניתוח איזוטופי חמצן של חלקיקי Ryugu אחרים מוצג במאמר נלווה 12. עם זאת, התוצאות של סט נתונים מורחב זה תואמות גם את הקשר בין חלקיקי Ryugu לכונדריטים CI.
באמצעות טכניקות מיקרואנליזה מתואמת (איור משלים. 3), בחנו את ההתפלגות המרחבית של פחמן אורגני על פני כל שטח הפנים של חלקיק אלומת היונים הממוקדים (FIB) C0068.25 (איורים 3a-f).מבנה עדין ספקטרום קליטת קרני רנטגן של פחמן (NEXAFS) בקצה הקרוב בסעיף C0068.25 המציג מספר קבוצות פונקציונליות - ארומטי או C=C (285.2 eV), C=O (286.5 eV), CH (287.5 eV) ו-C( =O)O (288.8 מבנה eVigene) (288.8) חסר. 3a), כלומר דרגה נמוכה של וריאציה תרמית.שיא ה-CH החזק (287.5 eV) של הרכיבים האורגניים החלקיים של C0068.25 שונה מהחומרים הבלתי מסיסים של כונדריטים פחמניים שנחקרו בעבר, והוא דומה יותר ל-IDP14 ולחלקיקים שביטים שהושגו במשימת אבק הכוכבים.שיא CH חזק ב-287.5 eV ושיא ארומטי חלש מאוד או C=C ב-285.2 eV מצביעים על כך שתרכובות אורגניות עשירות בתרכובות אליפטיות (איור 3a ואיור משלים 3a).אזורים העשירים בתרכובות אורגניות אליפטיות ממוקמים בפילוזיליקטים בעלי גרגיר גס, וכן באזורים בעלי מבנה פחמן ארומטי דל (או C=C) (איור 3c,d).לעומת זאת, A0037,22 (איור משלים 3) הראה חלקית תכולה נמוכה יותר של אזורים עשירים בפחמן אליפטי.המינרלוגיה הבסיסית של דגנים אלה עשירה בקרבונטים, בדומה לכונדריט CI 16, דבר המצביע על שינוי נרחב של מי המקור (טבלה משלימה 1).תנאי חמצון יעדיפו ריכוזים גבוהים יותר של קבוצות פונקציונליות קרבוניל וקרבוקסיל בתרכובות אורגניות הקשורות לקרבונטים.ההתפלגות התת-מיקרונית של חומרים אורגניים עם מבני פחמן אליפטיים יכולה להיות שונה מאוד מהתפלגות של סיליקטים שכבות גס גרגר.רמזים לתרכובות אורגניות אליפטיות הקשורות לפילוסיליקט-OH נמצאו במטאוריט אגם טאגיש.נתונים מיקרואנליטיים מתואמים מצביעים על כך שחומר אורגני העשיר בתרכובות אליפטיות עשוי להיות נפוץ באסטרואידים מסוג C וקשורים קשר הדוק לפילוזיליקטים.מסקנה זו עולה בקנה אחד עם דיווחים קודמים על CHs אליפטיים/ארומטיים בחלקיקי Ryugu שהדגימו על ידי MicroOmega, מיקרוסקופ היפרספקטרלי כמעט אינפרא אדום.שאלה חשובה ובלתי פתורה היא האם התכונות הייחודיות של תרכובות אורגניות עשירות בפחמן אליפטיות הקשורות לפילוזיליקטים בעלי גרגיר גס שנצפו במחקר זה נמצאות רק באסטרואיד Ryugu.
א, ספקטרום הפחמן של NEXAFS מנורמל ל-292 eV באזור העשיר הארומטי (C=C) (אדום), באזור העשיר באליפאטי (ירוק) ובמטריקס (כחול).הקו האפור הוא הספקטרום האורגני הבלתי מסיס של Murchison 13 לשם השוואה.au, יחידת בוררות.ב, תמונה ספקטרלית במיקרוסקופ רנטגן (STXM) של קצה K של פחמן המראה שהחתך נשלט על ידי פחמן.ג, חלקה מרוכבת של RGB עם אזורים עשירים ארומטיים (C=C) (אדום), אזורים עשירים באליפאטים (ירוק) ומטריצה ​​(כחול).ד, חומרים אורגניים עשירים בתרכובות אליפטיות מרוכזים בפילוזיליקט גס, השטח מוגדל מהקופסאות המנוקדות הלבנות ב-b ו-c.ה, ננוספרות גדולות (ng-1) באזור המוגדל מהקופסה המנוקדת הלבנה ב-b ו-c.עבור: פירוט.Pn: ניקל-כרומיט.f, תמונות אלמנטיות אלמנטיות בקנה מידה ננומטרי (NanoSIMS), מימן (1H), פחמן (12C) וחנקן (12C14N), תמונות יחס אלמנטים 12C/1H, ותמונות איזוטופים צולבות δD, δ13C ו-δ15N - סעיף PG-1C עם קיצוני TS1C 4-עליון.
מחקרים קינטיים של פירוק חומר אורגני במטאוריטים של מורצ'יסון יכולים לספק מידע חשוב על התפלגות הטרוגנית של חומר אורגני אליפטי העשיר בגרגרי ריוגו.מחקר זה מראה כי קשרי CH אליפטיים בחומר אורגני נמשכים עד לטמפרטורה מקסימלית של כ-30 מעלות צלזיוס בהורה ו/או משתנים עם יחסי זמן-טמפרטורה (למשל 200 שנים ב-100 מעלות צלזיוס ו-0 מעלות צלזיוס 100 מיליון שנים)..אם המבשר לא מחומם בטמפרטורה נתונה במשך יותר מזמן מסוים, ייתכן שהחלוקה המקורית של חומרים אורגניים אליפטים עשירים בפילוסיליקט תישמר.עם זאת, שינויים במקור מי סלע עשויים לסבך את הפרשנות הזו, שכן A0037 העשיר בפחמן אינו מראה אזורים אליפטיים עשירים בפחמן הקשורים לפילוסיליקטים.שינוי טמפרטורה נמוך זה תואם בערך לנוכחות של שדה שדה קוביות בגרגרי ריוגו (טבלה משלימה 1) 20.
חלק C0068.25 (ng-1; איורים 3a-c,e) מכיל ננוספרה גדולה המציגה ספקטרום ארומטי מאוד (או C=C), אליפטי בינוני וחלש של C(=O)O ו-C=O..החתימה של פחמן אליפטי אינה תואמת את החתימה של חומרים אורגניים בלתי מסיסים בתפזורת וננוספרות אורגניות הקשורות לכונדריטים (איור 3א) 17,21.ניתוח ספקטרוסקופי של ראמאן ואינפרא אדום של ננוספרות באגם טאגיש הראה שהן מורכבות מתרכובות אורגניות אליפטיות ומחומצנות ותרכובות אורגניות ארומטיות פוליציקליות לא מסודרות בעלות מבנה מורכב22,23.מכיוון שהמטריקס שמסביב מכיל חומרים אורגניים עשירים בתרכובות אליפטיות, החתימה של פחמן אליפטי ב-ng-1 עשויה להיות חפץ אנליטי.מעניין לציין כי ng-1 מכיל סיליקטים אמורפיים משובצים (איור 3ה), מרקם שטרם דווח לגבי חומרים אורגניים מחוץ לכדור הארץ.סיליקטים אמורפיים עשויים להיות רכיבים טבעיים של ng-1 או נובעים מאמורפיזציה של סיליקטים מימיים/מים על ידי יונים ו/או אלומת אלקטרונים במהלך הניתוח.
תמונות יונים של NanoSIMS של קטע C0068.25 (איור 3f) מציגות שינויים אחידים ב-δ13C ו-δ15N, למעט גרגירים פרה-סולריים עם העשרה גדולה של 13C של 30,811‰ (PG-1 בתמונה δ13C בתמונה 3f משלימה) (S4).תמונות גרגרים יסודיים בקרני רנטגן ותמונות TEM ברזולוציה גבוהה מציגות רק את ריכוז הפחמן ואת המרחק בין המישורים הבסיסיים של 0.3 ננומטר, התואם לגרפיט.ראוי לציין כי הערכים של δD (841 ± 394‰) ו-δ15N (169 ± 95‰), המועשרים בחומר אורגני אליפטי הקשור לפילוזיליקטים גס, מתגלים כגבוהים מעט מהממוצע עבור כל האזור C (δD ± 5329 ± 532).‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) ב-C0068.25 (טבלה משלימה 4).תצפית זו מציעה כי החומרים האורגניים העשירים באליפאטים בפילוזיליקטים בעלי גרגיר גס עשויים להיות פרימיטיביים יותר מהאורגניים הסובבים, שכן ייתכן שהאחרונים עברו חילופי איזוטופים עם המים הסובבים בגוף המקורי.לחלופין, שינויים איזוטופיים אלו עשויים להיות קשורים גם לתהליך ההיווצרות הראשוני.מתפרש שסיליקטים שכבות עדין גרגירים בכונדריטים CI נוצרו כתוצאה משינוי מתמשך של אשכולות סיליקט נטול מים גס גרגר המקורי.ייתכן שחומר אורגני עשיר באליפאטי נוצר ממולקולות מבשרות בדיסק הפרוטו-פלנטרי או בתווך הבין-כוכבי לפני היווצרות מערכת השמש, ולאחר מכן שונו מעט במהלך חילופי המים של גוף האם Ryugu (הגדול). גודלו (<1.0 ק"מ) של Ryugu קטן מכדי לשמור על חום פנימי מספיק לשינוי מימי ליצירת מינרלים מימיים25. הגודל (<1.0 ק"מ) של Ryugu קטן מכדי לשמור על חום פנימי מספיק לשינוי מימי ליצירת מינרלים מימיים25. Размер (<1.0 ק"מ) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного измовизмин нералов25. גודל (<1.0 ק"מ) Ryugu קטן מכדי לשמור על חום פנימי מספיק להחלפת מים ליצירת מינרלים של מים25. Ryugu 的尺寸（<1.0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成吀牴25 Ryugu 的尺寸（<1.0 公里）太小，不足以维持内部热量以进行水蚀变形成吀牴25 Размер Рюгу (<1,0 ק"מ) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло для изменения воды с образованин 2. גודלו של Ryugu (<1.0 ק"מ) קטן מכדי לתמוך בחום פנימי כדי להחליף מים ליצירת מינרלים של מים25.לכן, ייתכן שיידרשו קודמי Ryugu בגודל של עשרות קילומטרים.חומר אורגני העשיר בתרכובות אליפטיות עשוי לשמור על יחסי האיזוטופים המקוריים שלהם עקב קשר עם פילוסיליקטים בעלי גרגיר גס.עם זאת, האופי המדויק של הנשאים הכבדים האיזוטופיים נותר לא ברור בשל הערבוב המורכב והעדין של הרכיבים השונים בשברי FIB אלה.אלה יכולים להיות חומרים אורגניים העשירים בתרכובות אליפטיות בגרגירי ריוגו או פילוסיליקטים גסים המקיפים אותם.שים לב שחומר אורגני כמעט בכל הכונדריטים הפחמניים (כולל כונדריטים CI) נוטה להיות עשיר יותר ב-D מאשר בפילוזיליקטים, למעט CM Paris 24, 26 מטאוריטים.
חלקות של נפח δD ו-δ15N של פרוסות FIB שהושגו עבור A0002.23 ו-A0002.26, A0037.22 ו-A0037.23 ו-C0068.23, C0068.25 ו-C0068.26 פרוסות FIB של אובייקט A0068.26 ו-C0068.26 FIB (סה"כ חלק של שבעה חלקים אחרים של FIB-נו) עם שבעה חלקים אחרים של Naguar. s של מערכת השמש מוצג באיור.4 (לוח משלים 4)27,28.שינויי נפח ב-δD ו-δ15N בפרופילים A0002, A0037 ו-C0068 תואמים לאלה ב-IDP, אך גבוהים יותר מאשר בכונדריטים CM ו-CI (איור 4).שימו לב שטווח ערכי δD עבור מדגם שביט 29 (-240 עד 1655‰) גדול יותר מזה של Ryugu.הנפחים δD ו-δ15N של פרופילי Ryukyu קטנים, ככלל, מהממוצע של שביטים ממשפחת צדק וענן אורט (איור 4).ערכי δD הנמוכים יותר של הכונדריטים CI עשויים לשקף את ההשפעה של זיהום יבשתי בדגימות אלה.בהתחשב בדמיון בין פעמונים, אגם טאגיש ו-IDP, ההטרוגניות הגדולה בערכי δD ו-δN בחלקיקי Ryugu עשויה לשקף שינויים בחתימות האיזוטופיות הראשוניות של הרכבים אורגניים ומימיים במערכת השמש המוקדמת.השינויים האיזוטופיים הדומים ב-δD וב-δN בחלקיקי Ryugu ו-IDP מצביעים על כך ששניהם יכלו להיווצר מחומר מאותו מקור.מאמינים שמקורם של IDPs ממקורות שביט 14 .לכן, ריוגו עשוי להכיל חומר דמוי שביט ו/או לפחות את מערכת השמש החיצונית.עם זאת, זה עשוי להיות קשה יותר ממה שאנו מצהירים כאן בשל (1) התערובת של מים כדוריים ועשירים ב-D על גוף האם 31 ו-(2) יחס ה-D/H של השביט כפונקציה של פעילות השביט 32 .עם זאת, הסיבות להטרוגניות הנצפית של איזוטופי מימן וחנקן בחלקיקי ריוגו אינן מובנות במלואן, בין היתר בשל המספר המצומצם של ניתוחים הקיימים כיום.התוצאות של מערכות איזוטופי מימן וחנקן עדיין מעלות את האפשרות ש-Ryugu מכיל את רוב החומר מחוץ למערכת השמש ולכן עשוי להראות דמיון מסוים לשביטים.פרופיל Ryugu לא הראה מתאם ברור בין δ13C ו-δ15N (טבלה משלימה 4).
ההרכב האיזוטופי הכולל של H ו-N של חלקיקי Ryugu (עיגולים אדומים: A0002, A0037; עיגולים כחולים: C0068) מתאם עם גודל השמש 27, משפחת צדק ממוצעת (JFC27), ושביט ענני אורט (OCC27), IDP28 וכונדרולים פחמניים.השוואה של מטאוריט 27 (CI, CM, CR, C2-ung).הרכב האיזוטופי ניתן בטבלה משלימה 4. הקווים המקווקוים הם ערכי האיזוטופים הארציים עבור H ו-N.
הובלת חומרים נדיפים (למשל חומרים אורגניים ומים) לכדור הארץ נותרה דאגה26,27,33.חומרים אורגניים תת-מיקרוניים הקשורים לפילוזיליקטים גסים בחלקיקי Ryugu שזוהו במחקר זה עשויים להיות מקור חשוב לחומרים נדיפים.חומר אורגני בפילוזיליקטים גס מוגן טוב יותר מפני פירוק16,34 וריקבון35 מאשר חומר אורגני במטריצות עדינות.ההרכב האיזוטופי הכבד יותר של מימן בחלקיקים אומר שהם לא צפויים להיות המקור היחיד לחומרים נדיפים הנישאים לכדור הארץ המוקדם.ניתן לערבב אותם עם רכיבים בעלי הרכב איזוטופי מימן קל יותר, כפי שהוצע לאחרונה בהשערה של הימצאות מים מונעי רוח סולארית בסיליקטים.
במחקר זה, אנו מראים כי מטאוריטי CI, למרות חשיבותם הגיאוכימית כמייצגים של ההרכב הכולל של מערכת השמש, 6,10 הם דגימות מזוהמות יבשתיות.אנו גם מספקים ראיות ישירות לאינטראקציות בין חומר אורגני אליפטי עשיר ומינרלים מימיים שכנים ומציעים כי Ryugu עשוי להכיל חומר חוץ-שמשי37.התוצאות של מחקר זה מדגימות בבירור את החשיבות של דגימה ישירה של פרוטואסטרואידים ואת הצורך להעביר דגימות שהוחזרו בתנאים אינרטיים וסטריליים לחלוטין.העדויות המוצגות כאן מראות שחלקיקי ריוגו הם ללא ספק אחד מחומרי מערכת השמש הבלתי מזוהמים ביותר הזמינים למחקר מעבדה, ומחקר נוסף של דגימות יקרות אלה ירחיב ללא ספק את ההבנה שלנו לגבי תהליכי מערכת השמש המוקדמים.חלקיקי ריוגו הם הייצוג הטוב ביותר של ההרכב הכולל של מערכת השמש.
כדי לקבוע את המיקרו-מבנה המורכב והמאפיינים הכימיים של דגימות בקנה מידה תת-מיקרוני, השתמשנו בטומוגרפיה ממוחשבת מבוססת קרינת סינכרוטרון (SR-XCT) וניתוח SR X-ray (XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM.ללא השפלה, זיהום עקב האטמוספירה של כדור הארץ, וללא נזק מחלקיקים עדינים או דגימות מכניות.בינתיים, ביצענו ניתוח נפחי שיטתי באמצעות מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת (SEM)-EDS, EPMA, XRD, אנליזה אינסטרומנטלית של הפעלת נויטרונים (INAA) וציוד להפלרת איזוטופ חמצן בלייזר.הליכי הבדיקה מוצגים באיור משלים 3 וכל בדיקה מתוארת בסעיפים הבאים.
חלקיקים מהאסטרואיד Ryugu חולצו ממודול הכניסה החוזרת של Hayabusa-2 ונמסרו למרכז הבקרה JAXA בסאגאמיהרה, יפן, מבלי לזהם את האטמוספירה של כדור הארץ4.לאחר אפיון ראשוני ולא הרסני במתקן בניהול JAXA, השתמש במיכלי העברה בין-אתרים הניתנים לאטימה ושקיות קפסולות לדוגמא (גביש ספיר בקוטר 10 או 15 מ"מ ונירוסטה, תלוי בגודל המדגם) כדי למנוע הפרעות סביבתיות.סביבה.y ו/או מזהמים קרקעיים (כגון אדי מים, פחמימנים, גזים אטמוספריים וחלקיקים עדינים) וזיהום צולב בין דגימות במהלך הכנת הדגימות והובלה בין מכונים ואוניברסיטאות38.כדי למנוע השפלה וזיהום כתוצאה מאינטראקציה עם אטמוספרה של כדור הארץ (אדי מים וחמצן), כל סוגי הכנת הדגימה (כולל סדוק עם אזמל טנטלום, באמצעות מסור חוט יהלום מאוזן (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) וחיתוך אפוקסי) הכנת התקנה) הובלו ב- GoveBox DWS: DIP TOPS (DIP TOPS, DIP TOPS (DOP TOPS, DIP TOPS (DIP TOPS, TOPS TOPS, TOPS TOP -TOPS (D2). ).כל הפריטים המשמשים כאן מנוקים בשילוב של מים טהורים ואתנול באמצעות גלים קוליים בתדרים שונים.
כאן אנו חוקרים את אוסף המטאוריטים הלאומי לחקר הקוטב (NIPR) של המרכז לחקר המטאוריטים באנטארקטיקה (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 ו-CY: Y 980115).
לצורך העברה בין מכשירים לניתוח SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS ו-TEM, השתמשנו במחזיק הדגימה האולטרה-דק האוניברסלי שתואר במחקרים קודמים38.
ניתוח SR-XCT של דגימות Ryugu בוצע באמצעות מערכת ה-CT המשולבת BL20XU/SPring-8.מערכת ה-CT המשולבת מורכבת ממצבי מדידה שונים: שדה ראייה רחב ומצב ברזולוציה נמוכה (WL) ללכידת כל מבנה הדגימה, שדה ראייה צר ומצב ברזולוציה גבוהה (NH) למדידה מדויקת של שטח הדגימה.ריבית ורנטגן כדי לקבל תבנית עקיפה של נפח הדגימה, ולבצע XRD-CT כדי לקבל דיאגרמת 2D של שלבי המינרלים האופקיים בדגימה.שימו לב שניתן לבצע את כל המדידות ללא שימוש במערכת המובנית להסרת מחזיק הדגימה מהבסיס, מה שמאפשר מדידות CT ו-XRD-CT מדויקות.גלאי הרנטגן במצב WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) צויד במצלמת 4608 × 4608 פיקסלים נוספת של מוליכים למחצה מתכת-תחמוצת (CMOS) (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) עם ניצוץ המורכב מ-10 lutetium cluminum בעובי 10 µ2C עדשת ממסר.גודל הפיקסלים במצב WL הוא בערך 0.848 מיקרומטר.לפיכך, שדה הראייה (FOV) במצב WL הוא כ-6 מ"מ במצב CT אופסט.גלאי הרנטגן במצב NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) צויד בניצוץ גדוליניום-אלומיניום-גליום (Gd3Al2Ga3O12) בעובי של 20 מיקרומטר, מצלמת CMOS (C11440-22CU) ברזולוציה של 2048 פיקסלים;Hamamatsu Photonics) ועדשת ×20.גודל הפיקסלים במצב NH הוא ~0.25 מיקרומטר ושדה הראייה הוא ~0.5 מ"מ.הגלאי למצב XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) צויד בנצנץ המורכב ממסך אבקה P43 (Gd2O2S:Tb) בעובי 50 מיקרומטר, מצלמת CMOS ברזולוציה של 2304 × 2304 פיקסלים (C15440-20UP; Hamamatsu) ועדשת Photonics.לגלאי גודל פיקסל אפקטיבי של 19.05 מיקרומטר ושדה ראייה של 43.9 מ"מ.כדי להגדיל את ה-FOV, הפעלנו הליך CT אופסט במצב WL.תמונת האור המועבר לשחזור CT מורכבת מתמונה בטווח של 180° עד 360° המשתקפת אופקית סביב ציר הסיבוב, ותמונה בטווח של 0° עד 180°.
במצב XRD, קרן הרנטגן ממוקדת על ידי לוחית אזור Fresnel.במצב זה, הגלאי ממוקם 110 מ"מ מאחורי הדגימה ועצירת הקרן נמצאת 3 מ"מ לפני הגלאי.תמונות עקיפה בטווח 2θ בין 1.43° ל- 18.00° (גובה סריג d = 16.6-1.32 Å) התקבלו כאשר כתם הרנטגן ממוקד בתחתית שדה הראייה של הגלאי.המדגם נע אנכית במרווחי זמן קבועים, עם חצי סיבוב עבור כל שלב סריקה אנכי.אם חלקיקי המינרלים עומדים בתנאי ה-Bragg כשהם מסובבים ב-180°, ניתן להשיג עקיפה של חלקיקי המינרלים במישור האופקי.לאחר מכן שולבו תמונות הדיפרקציה לתמונה אחת עבור כל שלב סריקה אנכי.תנאי בדיקת SR-XRD-CT כמעט זהים לאלו של בדיקת SR-XRD.במצב XRD-CT, הגלאי ממוקם 69 מ"מ מאחורי הדגימה.תמונות עקיפה בטווח 2θ נע בין 1.2° ל- 17.68° (d = 19.73 עד 1.35 Å), כאשר גם אלומת הרנטגן וגם מגביל האלומה נמצאים בקו אחד עם מרכז שדה הראייה של הגלאי.סרוק את המדגם אופקית וסובב את המדגם 180 מעלות.תמונות SR-XRD-CT שוחזרו עם עוצמות מינרלים שיא כערכי פיקסלים.עם סריקה אופקית, הדוגמה נסרקת בדרך כלל ב-500-1000 צעדים.
עבור כל הניסויים, אנרגיית רנטגן נקבעה ל-30 keV, שכן זהו הגבול התחתון של חדירת קרני רנטגן למטאוריטים בקוטר של כ-6 מ"מ.מספר התמונות שנרכשו עבור כל מדידות ה-CT במהלך סיבוב של 180 מעלות היה 1800 (3600 עבור תוכנית ה-CT offset), וזמן החשיפה עבור התמונות היה 100 אלפיות השנייה עבור מצב WL, 300 אלפיות השנייה עבור מצב NH, 500 MS עבור XRD ו-50 אלפיות השנייה.ms עבור XRD-CT ms.זמן סריקת דגימה טיפוסי הוא כ-10 דקות במצב WL, 15 דקות במצב NH, 3 שעות עבור XRD ו-8 שעות עבור SR-XRD-CT.
תמונות CT שוחזרו על ידי הקרנה אחורית קונבולוציונית ונורמלו עבור מקדם הנחתה ליניארי מ-0 עד 80 ס"מ-1.תוכנת Slice שימשה לניתוח נתוני 3D ותוכנת muXRD שימשה לניתוח נתוני XRD.
חלקיקי Ryugu מקובעים באפוקסי (A0029, A0037, C0009, C0014 ו-C0068) לוטשו בהדרגה על פני השטח עד לרמה של 0.5 מיקרומטר (3M) סרט ליהלום בתנאים יבשים, תוך הימנעות מהחומר בא במגע עם פני השטח במהלך תהליך הליטוש.המשטח המלוטש של כל דגימה נבדק תחילה על ידי מיקרוסקופיה אור ולאחר מכן אלקטרונים מפוזרים לאחור כדי לקבל תמונות מינרלוגיה ומרקם (BSE) של הדגימות ואלמנטים NIPR איכותיים באמצעות JEOL JSM-7100F SEM מצויד בספקטרומטר פיזור אנרגיה (AZtec).אנרגיה) תמונה.עבור כל דגימה, התוכן של אלמנטים עיקריים וקטנים נותח באמצעות מיקרואנליזטור של בדיקה אלקטרונית (EPMA, JEOL JXA-8200).נתח חלקיקי פילוסיליקט וקרבונט ב-5 nA, סטנדרטים טבעיים וסינתטיים ב-15 keV, סולפידים, מגנטיט, אוליבין ופירוקסן ב-30 nA.ציונים מודאליים חושבו ממפות אלמנטים ותמונות BSE באמצעות תוכנת ImageJ 1.53 עם ערכי סף מתאימים שנקבעו באופן שרירותי עבור כל מינרל.
ניתוח איזוטופי חמצן בוצע באוניברסיטה הפתוחה (Milton Keynes, בריטניה) באמצעות מערכת הפלרת לייזר אינפרא אדום.דגימות Hayabusa2 נמסרו לאוניברסיטה הפתוחה 38 במיכלים מלאי חנקן להעברה בין מתקנים.
העמסת דגימה בוצעה בתיבת כפפות חנקן עם רמת חמצן מנוטרת מתחת ל-0.1%.לעבודה אנליטית של Hayabusa2, יוצר מחזיק דגימת Ni חדש, המורכב משני חורים לדגימה בלבד (קוטר 2.5 מ"מ, עומק 5 מ"מ), אחד עבור חלקיקי Hayabusa2 והשני עבור תקן פנימי אובסידיאן.במהלך הניתוח, באר הדגימה המכילה את החומר Hayabusa2 כוסתה בחלון BaF2 פנימי בעובי של כ-1 מ"מ ובקוטר של 3 מ"מ כדי להחזיק את הדגימה במהלך תגובת הלייזר.זרימת BrF5 לדגימה נשמרה על ידי תעלת ערבוב גז חתוכה במחזיק מדגם Ni.גם תא הדגימה הוגדר מחדש כך שניתן יהיה להסיר אותו מקו ההפלרה בוואקום ולאחר מכן לפתוח אותו בתיבת כפפות מלאת חנקן.תא שני חלקים נאטם עם אטם דחיסה עם אטם נחושת ומהדק שרשרת EVAC Quick Release CeFIX 38.חלון BaF2 בעובי 3 מ"מ בחלק העליון של החדר מאפשר התבוננות בו זמנית בדגימה וחימום בלייזר.לאחר טעינת המדגם, מהדקים שוב את החדר וחבר מחדש לקו המופלר.לפני הניתוח, תא המדגם חומם תחת ואקום לכ-95 מעלות צלזיוס למשך הלילה כדי להסיר כל לחות שנספגה.לאחר חימום למשך הלילה, התאפשר לתא להתקרר לטמפרטורת החדר ואז החלק שנחשף לאטמוספירה במהלך העברת הדגימה טוהר בשלושה מנות של BrF5 כדי להסיר לחות.נהלים אלה מבטיחים שדגימת Hayabusa 2 לא תהיה חשופה לאטמוספירה ואינה מזוהמת על ידי לחות מהחלק של הקו המופלר שיוצא לאטמוספירה במהלך טעינת המדגם.
דגימות חלקיקים Ryugu C0014-4 ו-Orgueil (CI) נותחו במצב "יחיד" שונה42, בעוד ניתוח Y-82162 (CY) בוצע על מגש בודד עם בארות דגימה מרובות41.בשל הרכבם הנטול מים, אין צורך להשתמש בשיטה אחת עבור כונדריטים CY.הדגימות חוממו באמצעות לייזר CO2 אינפרא אדום של Photon Machines Inc.הספק של 50 ואט (10.6 מיקרומטר) מותקן על גב ה-XYZ בנוכחות BrF5.מערכת הווידאו המובנית עוקבת אחר מהלך התגובה.לאחר ההפלרה, ה-O2 המשוחרר נשפשף באמצעות שתי מלכודות חנקן קריוגניות ומצע מחומם של KBr כדי להסיר עודפי פלואור.ההרכב האיזוטופי של חמצן מטוהר נותח בספקטרומטר מסה דו-ערוצי Thermo Fisher MAT 253 ברזולוציית מסה של כ-200.
במקרים מסוימים, כמות ה-O2 הגזי שהשתחררה במהלך התגובה של הדגימה הייתה פחותה מ-140 מיקרוגרם, שהוא הגבול המשוער לשימוש במכשיר המפוח בספקטרומטר המסה MAT 253.במקרים אלה, השתמש במיקרו-נפחים לניתוח.לאחר ניתוח חלקיקי Hayabusa2, התקן הפנימי האובסידיאן הופלר והרכב איזוטופי החמצן שלו נקבע.
יונים של שבר NF+ NF3+ מפריעים לקורה בעלת מסה 33 (16O17O).כדי למנוע בעיה פוטנציאלית זו, רוב הדגימות מעובדות באמצעות נהלי הפרדה קריוגניים.ניתן לעשות זאת בכיוון קדימה לפני ניתוח MAT 253 או כאנליזה שנייה על ידי החזרת הגז המנותח בחזרה אל המסננת המולקולרית המיוחדת והעברתו מחדש לאחר ההפרדה הקריוגנית.הפרדה קריוגנית כוללת אספקת גז למסננת מולקולרית בטמפרטורת חנקן נוזלי ולאחר מכן פריקתו לתוך מסננת מולקולרית ראשונית בטמפרטורה של -130 מעלות צלזיוס.בדיקות מקיפות הראו ש-NF+ נשאר במסננת המולקולרית הראשונה ולא מתרחש חלוקה משמעותית בשיטה זו.
בהתבסס על ניתוחים חוזרים ונשנים של תקני האובסידיאן הפנימיים שלנו, הדיוק הכולל של המערכת במצב מפוח הוא: ±0.053‰ עבור δ17O, ±0.095‰ עבור δ18O, ±0.018‰ עבור Δ17O (2 sd).ניתוח איזוטופי חמצן ניתן בסימון הדלתא הסטנדרטי, שבו דלתא18O מחושב כך:
השתמש גם ביחס 17O/16O עבור δ17O.VSMOW הוא התקן הבינלאומי לתקן מי הים הממוצע של וינה.Δ17O מייצג את הסטייה מקו חלוקת כדור הארץ, ונוסחת החישוב היא: Δ17O = δ17O – 0.52 × δ18O.כל הנתונים המוצגים בטבלה משלימה 3 עברו התאמה לפערים.
קטעים בעובי של כ-150 עד 200 ננומטר חולצו מחלקיקי Ryugu באמצעות מכשיר Hitachi High Tech SMI4050 FIB ב-JAMSTEC, Kochi Core Sampling Institute.שים לב שכל חלקי ה-FIB שוחזרו משברים לא מעובדים של חלקיקים לא מעובדים לאחר שהוסרו מכלי N2 מלאי גז לצורך העברה בין אובייקטים.שברים אלו לא נמדדו באמצעות SR-CT, אלא עברו עיבוד בחשיפה מינימלית לאטמוספירה של כדור הארץ כדי למנוע נזק וזיהום פוטנציאליים שעלולים להשפיע על ספקטרום ה-K של פחמן.לאחר שקיעת שכבת מגן טונגסטן, האזור המעניין (עד 25 × 25 מיקרומטר2) נחתך ודולל עם אלומת יון Ga+ במתח מואץ של 30 קילו וולט, לאחר מכן ב-5 קילו וולט וזרם בדיקה של 40 pA כדי למזער נזק פני השטח.החתכים האולטרה-דקים הונחו לאחר מכן על רשת נחושת מוגדלת (רשת Kochi) 39 באמצעות מיקרומניפולטור המצויד ב-FIB.
כדורי Ryugu A0098 (1.6303 מ"ג) ו-C0068 (0.6483 מ"ג) נאטמו פעמיים ביריעות פוליאתילן טהור בטוהר גבוה בתיבת כפפות מלאת חנקן טהורה ב-SPring-8 ללא כל אינטראקציה עם האטמוספירה של כדור הארץ.הכנת דגימה ל-JB-1 (סלע ייחוס גיאולוגי שהופק על ידי המכון הגיאולוגי של יפן) בוצעה באוניברסיטת מטרופולין של טוקיו.
INAA מתקיים במכון למדעי קרינה משולבים ומדעי הגרעין, אוניברסיטת קיוטו.הדגימות הוקרנו פעמיים עם מחזורי הקרנה שונים שנבחרו בהתאם לזמן מחצית החיים של הנוקליד המשמש לכימות היסודות.ראשית, הדגימה הוקרנה בצינור הקרנה פניאומטי למשך 30 שניות.שטפים של נויטרונים תרמיים ומהירים באיור.3 הם 4.6 × 1012 ו-9.6 × 1011 cm-2 s-1, בהתאמה, לקביעת התוכן של Mg, Al, Ca, Ti, V ו-Mn.כימיקלים כגון MgO (99.99% טוהר, Soekawa Chemical), Al (99.9% טוהר, Soekawa Chemical), ומתכת Si (99.999% טוהר, FUJIFILM Wako Pure Chemical) הוקרנו גם הם כדי לתקן תגובות גרעיניות מפריעות כמו (n, n).הדגימה גם הוקרנה בנתרן כלורי (99.99% טוהר; MANAC) כדי לתקן שינויים בשטף הנייטרונים.
לאחר הקרנת נויטרונים, יריעת הפוליאתילן החיצונית הוחלפה בחדשה, וקרינת הגמא שנפלטה מהדגימה וההתייחסות נמדדה מיד עם גלאי Ge.אותן דגימות הוקרנו מחדש במשך 4 שעות בצינור הקרנה פניאומטי.ל-2 יש שטפי נויטרונים תרמיים ומהירים של 5.6 1012 ו-1.2 1012 cm-2 s-1, בהתאמה, לקביעת Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Content Se, Sb, Os, Ir ו-Au.דגימות בקרה של Ga, As, Se, Sb, Os, Ir ו-Au הוקרנו על ידי מריחת כמויות מתאימות (מ-10 עד 50 מיקרוגרם) של תמיסות סטנדרטיות של ריכוזים ידועים של יסודות אלו על שתי חתיכות של נייר סינון, ולאחר מכן הקרנה של הדגימות.ספירת קרני הגמא בוצעה במכון למדעי הקרינה והגרעין המשולבים, אוניברסיטת קיוטו ובמרכז המחקר RI, אוניברסיטת מטרופוליטן של טוקיו.נהלים אנליטיים וחומרי עזר לקביעה כמותית של רכיבי INAA זהים לאלו שתוארו בעבודה הקודמת שלנו.
נעשה שימוש בדיפרקטומטר רנטגן (Rigaku SmartLab) כדי לאסוף את דפוסי הדיפרקציה של דגימות Ryugu A0029 (<1 מ"ג), A0037 (≪1 מ"ג) ו-C0087 (<1 מ"ג) ב-NIPR. נעשה שימוש בדיפרקטומטר רנטגן (Rigaku SmartLab) כדי לאסוף את דפוסי הדיפרקציה של דגימות Ryugu A0029 (<1 מ"ג), A0037 (≪1 מ"ג) ו-C0087 (<1 מ"ג) ב-NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин образцов Ryugu A0029 (<1 мг) (<1 мг) (<1 мг) (<1 мг) (<1 мг) (<1 мг) (7 мг) (7 мг) (8 мг) NIPR. נעשה שימוש בדיפרקטומטר רנטגן (Rigaku SmartLab) לאיסוף דפוסי עקיפה של דגימות Ryugu A0029 (<1 מ"ג), A0037 (≪1 מ"ג) ו-C0087 (<1 מ"ג) ב-NIPR.使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 מ"ג)、A0037 (<1 מ"ג) 和C0087 (<1 מ"ג) 和C0087 (<1 מ"ג) 爄倍。使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 מ"ג)、A0037 (<1 מ"ג) 和C0087 (<1 מ"ג) 和C0087 (<1 מ"ג) 爄倍。 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) ו-C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с использовантием Smart מעבדה). דפוסי עקיפה של קרני רנטגן של דגימות Ryugu A0029 (<1 מ"ג), A0037 (<1 מ"ג) ו-C0087 (<1 מ"ג) התקבלו ב-NIPR באמצעות דיפרקטומטר רנטגן (Rigaku SmartLab).כל הדגימות נטחנו לאבקה דקה על פרוסת סיליקון שאינה מחזירה אור באמצעות לוחית זכוכית ספיר ולאחר מכן נמרחה באופן שווה על פרוסת הסיליקון הלא מחזירה אור ללא כל נוזל (מים או אלכוהול).תנאי המדידה הם כדלקמן: קרינת רנטגן Cu Kα נוצרת במתח שפופרת של 40 קילו וולט וזרם שפופרת של 40 mA, אורך החריץ המגביל הוא 10 מ"מ, זווית הדיברגנציה היא (1/6)°, מהירות הסיבוב במישור היא 20 סל"ד, והטווח הוא 2θ (כפול 0) שעות ניתוח והטווח הוא 2θ (כפול 0)0 שעות.נעשה שימוש באופטיקה של בראג ברנטנו.הגלאי הוא גלאי מוליך למחצה סיליקון חד מימדי (D/teX Ultra 250).צילומי רנטגן של Cu Kβ הוסרו באמצעות מסנן Ni.באמצעות דגימות זמינות, הושוו מדידות של ספוניט מגנזי סינטטי (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), סרפנטין (סרפנטין עלים, מיאזו, ניקה) ופירוטיט (monoclinic 4C, Chihua, מקסיקו וואטס) כדי לזהות פסגות ולהשתמש בנתוני אבקת נתונים מ-D0F-10 לנתוני עקיפה של נתונים מ-D0F-10. 662) ומגנטיט (PDF 00-019-0629).נתוני עקיפה מ-Ryugu הושוו גם עם נתונים על כונדריטים פחמניים שעברו הידרו-שינוי, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 ו-Y 980115 CY (שלב חימום III, 500-750 מעלות צלזיוס).ההשוואה הראתה קווי דמיון עם Orgueil, אך לא עם Y-791198 ו-Y 980115.
ספקטרום NEXAFS עם קצה פחמן K של קטעים אולטרה-דקים של דגימות עשויות FIB נמדדו באמצעות ערוץ STXM BL4U במתקן סינכרוטרון UVSOR במכון למדעים מולקולריים (Okazaki, יפן).גודל הנקודה של קרן ממוקדת אופטית עם לוחית אזור Fresnel הוא בערך 50 ננומטר.שלב האנרגיה הוא 0.1 eV עבור המבנה העדין של אזור הקצה הקרוב (283.6-292.0 eV) ו-0.5 eV (280.0-283.5 eV ו-292.5-300.0 eV) עבור האזורים הקדמיים והאחוריים.הזמן עבור כל פיקסל תמונה הוגדר ל-2 אלפיות השנייה.לאחר הפינוי, תא האנליטי STXM מלא בהליום בלחץ של כ-20 מ"ר.זה עוזר למזער סחיפה תרמית של ציוד אופטיקה רנטגן בתא ובמחזיק הדגימה, כמו גם להפחית נזק לדגימה ו/או חמצון.ספקטרום הפחמן של NEXAFS K-edge נוצרו מנתונים מוערמים באמצעות תוכנת aXis2000 ותוכנת עיבוד נתונים קניינית STXM.שים לב שמארז העברת הדגימה ותא הכפפות משמשים כדי למנוע חמצון וזיהום מדגם.
לאחר ניתוח STXM-NEXAFS, ההרכב האיזוטופי של מימן, פחמן וחנקן של פרוסות Ryugu FIB נותח באמצעות הדמיית איזוטופים עם JAMSTEC NanoSIMS 50L.אלומה ראשונית ממוקדת Cs+ של כ-2 pA עבור ניתוח איזוטופי פחמן וחנקן וכ-13 pA עבור ניתוח איזוטופי מימן מסודרת על פני שטח של כ-24 × 24 µm2 עד 30 × 30 µm2 על הדגימה.לאחר ריסוס מראש של 3 דקות בזרם קרן ראשוני חזק יחסית, כל ניתוח הוחל לאחר ייצוב עוצמת הקרן המשנית.לצורך ניתוח איזוטופים של פחמן וחנקן, תמונות של 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– ו-12C15N– התקבלו בו-זמנית באמצעות זיהוי מרובי של שבעה אלקטרונים ברזולוציית מסה של כ-9000, אשר מספיקה כדי להפריד את כל התרכובות האיזוטופיות הרלוונטיות.הפרעות (כלומר 12C1H על 13C ו-13C14N על 12C15N).לצורך ניתוח איזוטופי מימן, התקבלו תמונות 1H-, 2D- ו-12C- ברזולוציית מסה של כ-3000 עם זיהוי מרובה באמצעות שלושה מכפילי אלקטרונים.כל ניתוח מורכב מ-30 תמונות סרוקות של אותו אזור, כאשר תמונה אחת מורכבת מ-256 × 256 פיקסלים לניתוח איזוטופי פחמן וחנקן ו-128 × 128 פיקסלים לניתוח איזוטופי מימן.זמן ההשהיה הוא 3000 מיקרוסופט לפיקסל עבור ניתוח איזוטופים של פחמן וחנקן ו-5000 מיקרוגרם לפיקסל עבור ניתוח איזוטופי מימן.השתמשנו ב-1-hydroxybenzotriazole hydrate כסטנדרטים של איזוטופי מימן, פחמן וחנקן כדי לכייל פירוק מסה אינסטרומנטלי45.
כדי לקבוע את הרכב האיזוטופי סיליקון של גרפיט פרה-סולארי בפרופיל FIB C0068-25, השתמשנו בשישה מכפילי אלקטרונים ברזולוציית מסה של כ-9000. התמונות מורכבות מ-256 × 256 פיקסלים עם זמן השהייה של 3000 מיקרו-שניות לפיקסל.כיילנו מכשיר פירוק המוני באמצעות פרוסות סיליקון כסטנדרטים של איזוטופי מימן, פחמן וסיליקון.
תמונות איזוטופים עובדו באמצעות תוכנת ההדמיה NanoSIMS45 של נאס"א.הנתונים תוקנו עבור זמן מת של מכפיל אלקטרונים (44 ns) והשפעות הגעה מעין סימולטניות.יישור סריקה שונה עבור כל תמונה כדי לתקן סחיפה של התמונה במהלך הרכישה.תמונת האיזוטופ הסופית נוצרת על ידי הוספת יונים משניים מכל תמונה עבור כל פיקסל סריקה.
לאחר ניתוח STXM-NEXAFS ו-NanoSIMS, אותם קטעי FIB נבדקו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני תמסורת (JEOL JEM-ARM200F) במתח האצה של 200 קילו וולט ב-Kochi, JAMSTEC.המיקרו-מבנה נצפה באמצעות TEM בשדה בהיר ו-TEM סורק בזווית גבוהה בשדה חשוך.שלבים מינרליים זוהו על ידי דיפרקציית אלקטרונים נקודתית והדמיית פס סריג, וניתוח כימי בוצע על ידי EDS עם גלאי סחיפה של 100 מ"מ סיליקון ותוכנת JEOL Analysis Station 4.30.לצורך ניתוח כמותי, עוצמת קרני הרנטגן האופיינית לכל אלמנט נמדדה במצב סריקת TEM עם זמן רכישת נתונים קבוע של 30 שניות, אזור סריקת אלומה של ~100 × 100 ננומטר2 וזרם אלומה של 50 pA.היחס (Si + Al)-Mg-Fe בסיליקטים שכבות נקבע באמצעות מקדם הניסוי k, מתוקן לעובי, המתקבל מתקן של pyropagarnet טבעי.
כל התמונות והניתוחים ששימשו במחקר זה זמינים במערכת JAXA Data Archiving and Communication System (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2.מאמר זה מספק את הנתונים המקוריים.
קיטרי, ק' ואח'.הרכב פני השטח של האסטרואיד 162173 Ryugu כפי שנצפה על ידי מכשיר Hayabusa2 NIRS3.מדע 364, 272–275.
Kim, AJ כונדריטים פחמניים מסוג יאמאטו (CY): אנלוגים של משטח האסטרואיד Ryugu?Geochemistry 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al.ניתוח ההרכב הראשון של דגימות Ryugu בוצע באמצעות מיקרוסקופ היפרספקטרלי של MicroOmega.אסטרון לאומי.6, 221–225 (2021).
ידע, ת' ועוד.ניתוח ראשוני של מדגם Hyabusa2 שהוחזר מהאסטרואיד Ryugu מסוג C.אסטרון לאומי.6, 214–220 (2021).