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휘발성이 있고 유기물이 풍부한 C형 소행성은 지구상의 주요 물 공급원 중 하나일 수 있습니다.현재 탄소 함유 콘드라이트는 화학 성분에 대한 최상의 아이디어를 제공하지만 운석에 대한 정보는 왜곡되어 있습니다.여기에서 우리는 Hayabusa-2 우주선에 의해 지구로 전달된 기본 Ryugu 입자에 대한 자세한 체적 및 미세 분석 연구 결과를 제시합니다.류구 입자는 화학적으로 분별되지 않았지만 물에 의해 변질된 CI(이우나형) 콘드라이트와 조성이 매우 일치하며, 이는 태양계의 전체 구성 지표로 널리 사용됩니다.이 표본은 풍부한 지방족 유기물과 층상 규산염 사이의 복잡한 공간적 관계를 보여주고 물 침식 동안 약 30°C의 최대 온도를 나타냅니다.우리는 외계 기원과 일치하는 풍부한 중수소와 디아조늄을 발견했습니다.류구 입자는 지금까지 연구된 것 중 가장 오염되지 않고 분리할 수 없는 외계 물질이며 태양계의 전체 구성에 가장 잘 맞습니다.
2018년 6월부터 2019년 11월까지 일본 항공 우주 탐사국(JAXA)의 Hayabusa2 우주선은 소행성 Ryugu에 대한 광범위한 원격 조사를 수행했습니다.Hayabusa-2의 근적외선 분광계(NIRS3) 데이터는 류구가 열 및/또는 충격 변성 탄소질 콘드라이트와 유사한 물질로 구성되었을 수 있음을 시사합니다.가장 근접한 일치는 CY 콘드라이트(Yamato 유형) 2입니다. Ryugu의 낮은 알베도는 입자 크기, 다공성 및 공간적 풍화 효과뿐만 아니라 많은 수의 탄소가 풍부한 구성 요소의 존재로 설명할 수 있습니다.Hayabusa-2 우주선은 Ryuga에 두 번 착륙하고 샘플을 수집했습니다.2019년 2월 21일 1차 착륙 시에는 리턴캡슐 A칸에 보관되어 있던 표층 물질을 획득하였고, 2019년 7월 11일 2차 착륙 시에는 소형 휴대용 임팩터에 의해 형성된 인공 크레이터 부근에서 물질을 채취하였다.이러한 샘플은 병동 C에 보관됩니다. JAXA 관리 시설의 오염되지 않은 순수 질소 충전 특수 챔버에서 1단계 입자의 초기 비파괴 특성 분석에서 Ryugu 입자가 CI4 콘드라이트와 가장 유사하고 "다양한 수준의 변동"을 나타냈습니다3 .CY 또는 CI 콘드라이트와 유사한 류구의 외관상 모순적인 분류는 류구 입자의 상세한 동위원소, 원소 및 광물학적 특성에 의해서만 해결될 수 있습니다.여기에 제시된 결과는 소행성 류구의 전체 구성에 대한 이 두 가지 예비 설명 중 어느 것이 가장 가능성이 높은지를 결정하기 위한 견고한 기초를 제공합니다.
8개의 Ryugu 알갱이(총 약 60mg), 챔버 A에서 4개, 챔버 C에서 4개가 Kochi 팀을 관리하기 위해 2단계에 할당되었습니다.이 연구의 주요 목표는 소행성 류구의 본질, 기원 및 진화 역사를 밝히고 콘드라이트, 행성간 먼지 입자(IDP) 및 귀환 혜성과 같은 다른 알려진 외계 표본과의 유사점과 차이점을 문서화하는 것입니다.NASA의 스타더스트 미션에서 수집한 샘플.
5개의 Ryugu 곡물(A0029, A0037, C0009, C0014 및 C0068)에 대한 상세한 광물학적 분석은 주로 미세 및 거친 입자의 필로실리케이트(~64–88 vol.%, 그림 1a, b, 보충 그림 1)로 구성되어 있음을 보여주었습니다.및 추가 표 1).거친 입자의 필로실리케이트는 미세한 입자의 필로실리케이트가 풍부한 매트릭스(크기가 몇 마이크론 미만)에서 깃모양 응집체(최대 수십 마이크론 크기)로 발생합니다.층상 실리케이트 입자는 사문석-사포나이트 공생체입니다(그림 1c).(Si + Al)-Mg-Fe 맵은 또한 벌크 층상 실리케이트 매트릭스가 사문석과 사포나이트 사이의 중간 조성을 가짐을 보여줍니다(그림 2a, b).필로실리케이트 매트릭스는 탄산염 광물(~2–21 vol.%), 황화물 광물(~2.4–5.5 vol.%) 및 자철석(~3.6–6.8 vol.%)을 포함합니다.이 연구에서 조사된 입자 중 하나(C0009)에는 소량(~0.5 vol.%)의 무수 규산염(감람석 및 휘석)이 포함되어 있어 류구석을 구성하는 원료를 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다5.이 무수 규산염은 Ryugu 펠릿에서는 드물고 C0009 펠릿에서만 긍정적으로 확인되었습니다.탄산염은 소량의 탄산칼슘 및 브리넬과 함께 주로 백운암 조각(수백 미크론 미만)으로 매트릭스에 존재합니다.자철석은 분리된 입자, 프람보이드, 플라크 또는 구형 응집체로 발생합니다.황화물은 주로 불규칙한 육각 프리즘/플레이트 또는 라스(lath) 형태의 자황철광으로 대표됩니다.매트릭스는 많은 양의 서브미크론 펜틀란다이트 또는 자황철석과의 조합을 포함합니다. 탄소가 풍부한 상(크기가 10μm 미만)은 필로실리케이트가 풍부한 매트릭스에서 편재적으로 발생합니다. 탄소가 풍부한 상(크기가 10μm 미만)은 필로실리케이트가 풍부한 매트릭스에서 편재적으로 발생합니다. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой filлосиликатами матрице. 탄소가 풍부한 상(크기가 10μm 미만)은 필로실리케이트가 풍부한 매트릭스에서 편재적으로 발생합니다.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 필로실리카타미 매트리체. 탄소가 풍부한 상(크기 <10 µm)은 필로실리케이트가 풍부한 매트릭스에서 우세합니다.다른 보조 광물은 보충 표 1에 나와 있습니다. C0087 및 A0029 및 A0037 혼합물의 X-선 회절 패턴에서 결정된 광물 목록은 CI(Orgueil) 콘드라이트에서 결정된 것과 매우 일치하지만 CY 및 CM(Mighei 유형) 콘드라이트와 크게 다릅니다(확장된 데이터가 있는 그림 1 및 보충 그림 2).Ryugu 입자(A0098, C0068)의 총 원소 함량도 chondrite 6 CI와 일치합니다(확장 데이터, 그림 2 및 보충 표 2).대조적으로, CM 콘드라이트는 중간 및 높은 휘발성 원소, 특히 Mn 및 Zn이 고갈되고 내화 원소가 더 높습니다7.일부 원소의 농도는 매우 다양하며, 이는 개별 입자의 작은 크기와 그에 따른 샘플링 바이어스로 인해 샘플의 고유한 이질성을 반영할 수 있습니다.모든 암석학적, 광물학적 및 원소적 특성은 Ryugu 곡물이 콘드라이트 CI8,9,10과 매우 유사하다는 것을 나타냅니다.주목할만한 예외는 Ryugu 곡물에 ferrihydrite와 황산염이 없다는 것입니다. 이는 CI 콘드라이트의 이러한 광물이 육지의 풍화에 의해 형성되었음을 시사합니다.
a, Mg Kα(빨간색), Ca Kα(녹색), Fe Kα(파란색) 및 S Kα(노란색) 건식 연마 섹션 C0068의 합성 X선 이미지.분율은 층상 규산염(빨간색: ~88vol%), 탄산염(백운석; 연한 녹색: ~1.6vol%), 자철광(파란색: ~5.3vol%) 및 황화물(노란색: 황화물 = ~2.5% vol. 에세이. b, a. Bru – 미성숙, Dole – 백운석, FeS는 황화철, Mag – 자철석, 주스 – 동석, Srp에서 후방 산란 전자의 윤곽 영역 이미지 – 사문석.c, 각각 0.7 nm 및 1.1 nm의 사문석 및 사포나이트 격자 밴드를 보여주는 전형적인 사포나이트-사문석 내부 성장의 고해상도 투과 전자 현미경(TEM) 이미지.
Ryugu A0037(빨간색 원) 및 C0068(파란색 원) 입자의 매트릭스 및 층상 실리케이트(at %)의 조성은 (Si+Al)-Mg-Fe 삼원계로 표시됩니다.a, EPMA(Electron Probe Microanalysis) 결과는 CI 콘드라이트(Ivuna, Orgueil, Alais)16에 대해 비교를 위해 회색으로 표시되었습니다.b, Orgueil9 및 Murchison46 운석 및 수화된 IDP47과의 비교를 위해 표시된 스캐닝 TEM(STEM) 및 에너지 분산형 X선 분광법(EDS) 분석.작은 입자의 황화철을 피하면서 세립 및 거친 필로실리케이트를 분석했습니다.a와 b의 점선은 사포나이트와 사문석의 용해선을 나타낸다.에서 철이 풍부한 조성은 층상 실리케이트 입자 내의 서브미크론 황화철 입자로 인한 것일 수 있으며, 이는 EPMA 분석의 공간 분해능으로 배제할 수 없습니다.b의 사포나이트보다 Si 함량이 높은 데이터 포인트는 필로실리케이트 층의 간극에 나노 크기의 비정질 실리콘이 풍부한 물질이 존재하기 때문에 발생할 수 있습니다.분석 횟수: A0037의 경우 N=69, EPMA의 경우 N=68, C0068의 경우 N=68, A0037의 경우 N=19, STEM-EDS의 경우 C0068의 경우 N=27.c, 콘드라이트 값 CI(Orgueil), CY(Y-82162) 및 문헌 데이터(CM 및 C2-ung)41,48,49와 비교한 트리옥시 입자 Ryugu C0014-4의 동위원소 맵.Orgueil 및 Y-82162 운석에 대한 데이터를 얻었습니다.CCAM은 무수 탄소질 콘드라이트 광물의 계열이며, TFL은 토지 분할선입니다.d, Ryugu 입자 C0014-4, CI 콘드라이트(Orgueil) 및 CY 콘드라이트(Y-82162)의 Δ17O 및 δ18O 맵(본 연구).Δ17O_Ryugu: Δ17O C0014-1의 값.Δ17O_Orgueil: Orgueil의 평균 Δ17O 값입니다.Δ17O_Y-82162: Y-82162의 평균 Δ17O 값.문헌 41, 48, 49의 CI 및 CY 데이터도 비교를 위해 표시됩니다.
산소의 질량 동위 원소 분석은 레이저 플루오르화(방법)에 의해 과립 C0014에서 추출된 1.83mg의 물질 샘플에 대해 수행되었습니다.비교를 위해 Orgueil(CI)(총 질량 = 8.96mg)의 7개 복사본과 Y-82162(CY)(총 질량 = 5.11mg)의 7개 복사본을 실행했습니다(보충 표 3).
무화과에.도 2d는 Y-82162와 비교하여 Orgueil 및 Ryugu의 중량 평균 입자 사이의 Δ17O 및 δ18O의 명확한 분리를 보여준다.Ryugu C0014-4 입자의 Δ17O는 2 sd의 중첩에도 불구하고 Orgeil 입자보다 높습니다.Ryugu 입자는 Orgeil에 비해 Δ17O 값이 더 높으며, 이는 1864년 가을 이후 Orgeil의 육상 오염을 반영할 수 있습니다. 육상 환경11의 풍화로 인해 필연적으로 대기 산소가 통합되어 전체 분석이 육상 분류선(TFL)에 더 가까워집니다.이 결론은 Ryugu 곡물이 수화물이나 황산염을 포함하지 않는 반면 Orgeil은 포함한다는 광물학적 데이터(앞서 논의한)와 일치합니다.
위의 광물학적 데이터를 기반으로, 이러한 결과는 Ryugu 곡물과 CI 콘드라이트 간의 연관성을 지원하지만 CY 콘드라이트의 연관성을 배제합니다.류구 알갱이가 탈수 광물학의 분명한 징후를 보이는 CY 콘드라이트와 관련이 없다는 사실은 당혹스럽습니다.류구의 궤도 관측은 류구가 탈수를 겪었고 따라서 CY 물질로 구성되었을 가능성이 있음을 나타내는 것으로 보입니다.이 명백한 차이에 대한 이유는 불분명합니다.다른 Ryugu 입자의 산소 동위원소 분석은 동료 논문 12에 제시되어 있습니다. 그러나 이 확장된 데이터 세트의 결과는 Ryugu 입자와 CI 콘드라이트 사이의 연관성과도 일치합니다.
조정된 미세 분석 기술(보충 그림 3)을 사용하여 FIB(집속 이온 빔 분율) C0068.25(그림 3a-f)의 전체 표면적에 걸쳐 유기 탄소의 공간 분포를 조사했습니다.섹션 C0068.25의 근처 가장자리에서 탄소 (NEXAFS)의 미세 구조 X- 선 흡수 스펙트럼-여러 기능 그룹-방향족 또는 C = C (285.2 eV), C = O (286.5 eV), CH (287.5 eV) 및 C (= O) O (288.8 eV)를 보여주는다.C0068.25의 부분 유기물의 강한 CH 피크(287.5eV)는 이전에 연구된 탄소질 콘드라이트의 불용성 유기물과 다르며 스타더스트 임무에서 얻은 IDP14 및 혜성 입자와 더 유사합니다.287.5eV의 강한 CH 피크와 285.2eV의 매우 약한 방향족 또는 C=C 피크는 유기 화합물에 지방족 화합물이 풍부함을 나타냅니다(그림 3a 및 보충 그림 3a).지방족 유기 화합물이 풍부한 영역은 조악한 필로실리케이트뿐만 아니라 열악한 방향족(또는 C=C) 탄소 구조를 가진 영역에 국한됩니다(그림 3c,d).대조적으로, A0037,22(보조 그림 3)는 지방족 탄소가 풍부한 영역의 함량이 부분적으로 더 낮음을 보여주었다.이 곡물의 기본 광물은 콘드라이트 CI 16과 유사한 탄산염이 풍부하여 원수의 광범위한 변경을 시사합니다(보충 표 1).산화 조건은 카보네이트와 관련된 유기 화합물에서 카보닐 및 카복실 작용기의 농도가 더 높을 것입니다.지방족 탄소 구조를 갖는 유기물의 서브마이크론 분포는 거친 입자 층상 실리케이트의 분포와 매우 다를 수 있습니다.필로실리케이트-OH와 관련된 지방족 유기 화합물의 힌트가 Tagish Lake 운석에서 발견되었습니다.조정된 미세 분석 데이터는 지방족 화합물이 풍부한 유기 물질이 C형 소행성에 널리 퍼져 있고 필로실리케이트와 밀접하게 연관되어 있을 수 있음을 시사합니다.이 결론은 근적외선 하이퍼스펙트럼 현미경인 MicroOmega에 의해 입증된 Ryugu 입자의 지방족/방향족 CH에 대한 이전 보고서와 일치합니다.중요하고 해결되지 않은 질문은 이 연구에서 관찰된 거친 입자의 필로실리케이트와 관련된 지방족 탄소가 풍부한 유기 화합물의 고유한 특성이 소행성 류구에서만 발견되는지 여부입니다.
a, NEXAFS 탄소 스펙트럼은 방향족(C=C)이 풍부한 영역(빨간색), 지방족이 풍부한 영역(녹색) 및 매트릭스(파란색)에서 292eV로 정규화되었습니다.회색 선은 비교를 위한 Murchison 13 불용성 유기 스펙트럼입니다.au, 중재 단위.b, 단면이 탄소에 의해 지배됨을 보여주는 탄소 K-에지의 주사 투과 X선 현미경(STXM) 스펙트럼 이미지.c, 방향족(C=C)이 풍부한 영역(빨간색), 지방족이 풍부한 영역(녹색) 및 매트릭스(파란색)가 있는 RGB 합성 플롯.d, 지방족 화합물이 풍부한 유기물은 거친 입자의 필로실리케이트에 집중되어 있으며, 영역은 b와 c의 흰색 점선 상자에서 확대됩니다.e, b 및 c의 흰색 점선 상자에서 확대된 영역의 큰 나노구(ng-1).For: 자철광.Pn: 니켈-크로마이트.f, Nanoscale Secondary Ion Mass Spectrometry(NanoSIMS), 수소(1H), 탄소(12C) 및 질소(12C14N) 원소 이미지, 12C/1H 원소 비율 이미지, 교차 δD, δ13C 및 δ15N 동위원소 이미지 – 섹션 PG-1: 13C가 극도로 농축된 전태양 흑연(보충 표 4).
Murchison 운석의 유기물 분해에 대한 운동학적 연구는 Ryugu 곡물에 풍부한 지방족 유기물의 이질적인 분포에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있습니다.이 연구는 유기 물질의 지방족 CH 결합이 부모에서 약 30°C의 최대 온도까지 지속되고 시간-온도 관계에 따라 변화함을 보여줍니다(예: 100°C에서 200년 및 0°C에서 1억년)..전구체가 주어진 온도에서 일정 시간 이상 가열되지 않으면 필로실리케이트가 풍부한 지방족 유기물의 원래 분포가 보존될 수 있습니다.그러나 탄산염이 풍부한 A0037은 필로실리케이트와 관련된 탄소가 풍부한 지방족 영역을 나타내지 않기 때문에 근원 암반수 변화는 이 해석을 복잡하게 만들 수 있습니다.이 낮은 온도 변화는 Ryugu 곡물에 입방체 장석이 존재하는 것과 대략 일치합니다(보충 표 1) 20.
분획 C0068.25(ng-1; 그림 3a-c,e)는 고도의 방향족(또는 C=C), 중간 정도의 지방족 및 C(=O)O 및 C=O의 약한 스펙트럼을 나타내는 큰 나노구를 포함합니다..지방족 탄소의 특징은 대량의 불용성 유기물 및 콘드라이트와 관련된 유기 나노구의 특징과 일치하지 않습니다(그림 3a) 17,21.Tagish 호수의 나노스피어에 대한 라만 및 적외선 분광 분석은 이들이 지방족 및 산화된 유기 화합물과 복잡한 구조를 가진 무질서한 다환 방향족 유기 화합물로 구성되어 있음을 보여주었습니다22,23.주변 매트릭스에는 지방족 화합물이 풍부한 유기물이 포함되어 있기 때문에 ng-1의 지방족 탄소 시그니처는 분석 인공물일 수 있습니다.흥미롭게도 ng-1은 외계 유기물에 대해 아직 보고되지 않은 텍스처인 비정질 실리케이트를 포함하고 있습니다(그림 3e).무정형 규산염은 ng-1의 천연 성분이거나 분석 중에 이온 및/또는 전자 빔에 의한 수성/무수 규산염의 무정형화 결과일 수 있습니다.
C0068.25 섹션의 NanoSIMS 이온 이미지(그림 3f)는 30,811‰의 큰 13C 농축을 갖는 태양 전 입자를 제외하고 δ13C 및 δ15N의 균일한 변화를 보여줍니다(그림 3f의 δ13C 이미지에서 PG-1)(보충 표 4).X선 기본 입자 이미지와 고해상도 TEM 이미지는 탄소 농도와 흑연에 해당하는 0.3nm의 기저면 사이의 거리만 보여줍니다.굵은 입자 필로실리케이트와 관련된 지방족 유기물이 풍부한 δD(841 ± 394‰) 및 δ15N(169 ± 95‰)의 값이 전체 영역 C(δD = 528 ± 139‰)의 평균보다 약간 높은 것으로 밝혀졌습니다.‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) C0068.25(보충 표 4).이 관찰은 거친 입자의 필로실리케이트에 있는 지방족이 풍부한 유기물이 주변 유기물보다 더 원시적일 수 있음을 시사합니다. 왜냐하면 후자는 원래 몸에서 주변 물과 동위원소 교환을 겪었을 수 있기 때문입니다.또는 이러한 동위 원소 변화는 초기 형성 과정과 관련이 있을 수도 있습니다.CI 콘드라이트의 세립 층상 실리케이트는 원래의 거친 무수 실리케이트 클러스터가 지속적으로 변질된 결과로 형성되는 것으로 해석됩니다.지방족이 풍부한 유기물은 태양계가 형성되기 전에 원시행성 원반이나 성간 매질의 전구체 분자로부터 형성되었을 수 있으며, 류구(대형) 모체의 물 변화 동안 약간 변경되었을 수 있습니다. 류구의 크기(<1.0km)는 너무 작아 함수 광물을 형성하기 위한 수성 변질을 위한 내부 열을 충분히 유지할 수 없습니다. 류구의 크기(1.0km 미만)는 너무 작아 함수 광물을 형성하기 위한 수성 변질을 위한 충분한 내부 열을 유지할 수 없습니다. Размер (<1,0 ㎝) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного изменения с образованием во дных минералов25. 크기(<1.0km) 류구는 너무 작아서 물이 물 미네랄을 형성하기 위한 충분한 내부 열을 유지할 수 없습니다. 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。 Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло для изменения воды с образованием водных минералов2 5. 류구의 크기(1.0km 미만)는 너무 작아서 물이 물 광물을 형성하도록 내부 열을 지탱할 수 없습니다25.따라서 수십 킬로미터 크기의 류구 전임자가 필요할 수 있습니다.지방족 화합물이 풍부한 유기물은 거친 입자의 필로실리케이트와의 결합으로 인해 원래의 동위원소 비율을 유지할 수 있습니다.그러나 동위원소 무거운 운반체의 정확한 특성은 이러한 FIB 분획에서 다양한 구성 요소의 복잡하고 섬세한 혼합으로 인해 불확실합니다.이들은 류구 과립에 지방족 화합물이 풍부한 유기 물질이거나 이를 둘러싼 거친 필로실리케이트일 수 있습니다.거의 모든 탄소질 콘드라이트(CI 콘드라이트 포함)의 유기물은 CM 파리 24, 26 운석을 ​​제외하고 필로실리케이트보다 D가 더 풍부한 경향이 있습니다.
A0002.23 및 A0002.26, A0037.22 및 A0037.23 및 C0068.23, C0068.25 및 C0068.26 FIB 슬라이스(3개의 Ryugu 입자에서 총 7개의 FIB 슬라이스)에 대해 얻은 FIB 슬라이스의 부피 δD 및 δ15N의 플롯은 NanoSIMS와 태양계의 다른 물체를 비교한 그림입니다.4(보충 표 4)27,28.A0002, A0037 및 C0068 프로파일에서 δD 및 δ15N의 부피 변화는 IDP의 것과 일치하지만 CM 및 CI 콘드라이트보다 높습니다(그림 4).혜성 29 샘플(-240~1655‰)에 대한 δD 값의 범위가 류구보다 크다는 점에 유의하십시오.Ryukyu 프로파일의 부피 δD 및 δ15N은 일반적으로 Jupiter 가족 및 Oort 구름의 혜성 평균보다 작습니다(그림 4).CI 콘드라이트의 낮은 δD 값은 이러한 샘플에서 육상 오염의 영향을 반영할 수 있습니다.Bells, Lake Tagish 및 IDP 사이의 유사성을 고려할 때 Ryugu 입자의 δD 및 δN 값의 큰 이질성은 초기 태양계에서 유기 및 수성 조성의 초기 동위 원소 시그니처의 변화를 반영할 수 있습니다.Ryugu 및 IDP 입자에서 δD 및 δN의 유사한 동위 원소 변화는 둘 다 동일한 출처의 물질로 형성되었을 수 있음을 시사합니다.IDP는 혜성 소스 14에서 유래한다고 믿어집니다.따라서 류구는 혜성 같은 물질 및/또는 적어도 외부 태양계를 포함할 수 있습니다.그러나 이것은 (1) 모체(31) 상의 구정염 및 D가 풍부한 물의 혼합 및 (2) 혜성 활동(32)의 함수로서의 혜성의 D/H 비율로 인해 여기서 언급한 것보다 더 어려울 수 있습니다.그러나 Ryugu 입자에서 관찰된 수소 및 질소 동위원소의 이질성에 대한 이유는 부분적으로 오늘날 이용 가능한 제한된 수의 분석으로 인해 완전히 이해되지 않았습니다.수소 및 질소 동위원소 시스템의 결과는 류구가 태양계 외부 물질의 대부분을 포함하고 있어 혜성과 어느 정도 유사성을 보일 가능성을 여전히 제기하고 있습니다.Ryugu 프로파일은 δ13C와 δ15N 사이에 명백한 상관관계를 나타내지 않았습니다(보충 표 4).
Ryugu 입자의 전체 H 및 N 동위원소 구성(빨간색 원: A0002, A0037; 파란색 원: C0068)은 태양 등급 27, Jupiter mean family(JFC27), Oort 구름 혜성(OCC27), IDP28 및 탄소질 콘드룰과 관련이 있습니다.운석 27(CI, CM, CR, C2-ung)의 비교.동위 원소 조성은 보충 표 4에 나와 있습니다. 점선은 H와 N에 대한 지상 동위 원소 값입니다.
지구로의 휘발성 물질(예: 유기 물질 및 물)의 수송은 여전히 ​​우려 사항입니다26,27,33.이 연구에서 확인된 Ryugu 입자의 거친 필로실리케이트와 관련된 서브미크론 유기물은 휘발성 물질의 중요한 공급원일 수 있습니다.조립질 필로실리케이트의 유기물은 세립질 매트릭스의 유기물보다 분해16,34 및 부패35로부터 더 잘 보호됩니다.입자에서 수소의 더 무거운 동위원소 구성은 초기 지구로 운반된 휘발성 물질의 유일한 공급원이 아닐 가능성이 있음을 의미합니다.그들은 규산염에 태양풍에 의해 구동되는 물이 존재한다는 가설에서 최근에 제안된 것처럼 더 가벼운 수소 동위원소 구성 요소와 혼합될 수 있습니다.
이 연구에서 우리는 CI 운석이 태양계의 전체 구성을 대표하는 지구화학적 중요성에도 불구하고6,10 육지에서 오염된 샘플임을 보여줍니다.우리는 또한 풍부한 지방족 유기물과 인접한 수화물 광물 사이의 상호 작용에 대한 직접적인 증거를 제공하고 Ryugu에 태양계 외 물질이 포함되어 있을 수 있음을 제안합니다.이 연구의 결과는 원형 소행성체의 직접 샘플링의 중요성과 반환된 샘플을 완전히 불활성 및 무균 상태로 운반해야 할 필요성을 명확하게 보여줍니다.여기에 제시된 증거는 Ryugu 입자가 의심할 여지 없이 실험실 연구에 사용할 수 있는 가장 오염되지 않은 태양계 물질 중 하나라는 것을 보여 주며 이 귀중한 샘플에 대한 추가 연구는 의심할 여지 없이 초기 태양계 프로세스에 대한 이해를 넓힐 것입니다.류구 입자는 태양계의 전체 구성을 가장 잘 나타냅니다.
서브마이크론 스케일 샘플의 복잡한 미세 구조 및 화학적 특성을 결정하기 위해 싱크로트론 방사선 기반 컴퓨터 단층 촬영(SR-XCT) 및 SR X선 회절(XRD)-CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM 분석을 사용했습니다.열화, 지구 대기로 인한 오염, 미세한 입자나 기계적 샘플로 인한 손상이 없습니다.그동안 SEM(Scanning Electron Microscopy)-EDS, EPMA, XRD, Instrumental neutron activation analysis(INAA), laser oxygen isotope fluorination 장비를 이용하여 체적분석을 체계적으로 수행하였습니다.분석 절차는 보충 그림 3에 나와 있으며 각 분석은 다음 섹션에 설명되어 있습니다.
소행성 Ryugu의 입자는 Hayabusa-2 재진입 모듈에서 회수되어 지구 대기를 오염시키지 않고 일본 사가미하라에 있는 JAXA 제어 센터로 전달되었습니다4.JAXA 관리 시설에서 초기 및 비파괴 특성화 후 환경 간섭을 피하기 위해 밀봉 가능한 사이트 간 이동 컨테이너 및 샘플 캡슐 백(샘플 크기에 따라 직경 10mm 또는 15mm의 사파이어 크리스탈 및 스테인리스 스틸)을 사용하십시오.환경.y 및/또는 지상 오염 물질(예: 수증기, 탄화수소, 대기 가스 및 미세 입자) 및 샘플 준비 및 기관과 대학 간 운송 중 샘플 간의 교차 오염.지구 대기(수증기 및 산소)와의 상호 작용으로 인한 열화 및 오염을 방지하기 위해 모든 유형의 시료 준비(탄탈륨 끌로 칩핑, 균형 잡힌 다이아몬드 와이어 톱(Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) 사용 및 에폭시 절단) 설치 준비)를 클린 드라이 N2(이슬점: -80 ~ -60 °C, O2 ~50-100 ppm)의 글로브 박스에서 수행했습니다.여기에 사용되는 모든 품목은 서로 다른 주파수의 초음파를 사용하는 초순수와 에탄올의 조합으로 세척됩니다.
여기서 우리는 남극 운석 연구 센터(CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 및 CY: Y 980115)의 국립 극지 연구소(NIPR) 운석 컬렉션을 연구합니다.
SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS 및 TEM 분석을 위한 기기 간 전송을 위해 이전 연구에서 설명한 범용 초박형 샘플 홀더를 사용했습니다.
Ryugu 샘플의 SR-XCT 분석은 BL20XU/SPring-8 통합 CT 시스템을 사용하여 수행되었습니다.통합 CT 시스템은 다양한 측정 모드로 구성되어 있습니다. 시료의 전체 구조를 캡처하는 광시야 및 저해상도(WL) 모드, 시료 영역의 정확한 측정을 위한 협시야 및 고해상도(NH) 모드입니다.샘플 부피의 회절 패턴을 얻기 위해 관심 및 방사선 사진을 찍고, 샘플에서 수평면 광물상의 2D 다이어그램을 얻기 위해 XRD-CT를 수행합니다.내장 시스템을 사용하지 않고 베이스에서 샘플 홀더를 제거하지 않고도 모든 측정을 수행할 수 있으므로 정확한 CT 및 XRD-CT 측정이 가능합니다.WL 모드 X선 검출기(BM AA40P; Hamamatsu Photonics)에는 4608 × 4608 픽셀 CMOS(metal-oxide-semiconductor) 카메라(C14120-20P; Hamamatsu Photonics)가 추가로 장착되었으며 10 루테튬 알루미늄 가넷 단결정 두께 μm(Lu3Al5O12:Ce)와 릴레이 렌즈로 구성된 신틸레이터가 장착되었습니다.WL 모드의 픽셀 크기는 약 0.848μm입니다.따라서 WL 모드의 시야(FOV)는 오프셋 CT 모드에서 약 6mm입니다.NH 모드 X선 검출기(BM AA50; Hamamatsu Photonics)에는 20μm 두께의 가돌리늄-알루미늄-갈륨 가넷(Gd3Al2Ga3O12) 신틸레이터, 해상도가 2048 × 2048 픽셀인 CMOS 카메라(C11440-22CU)가 장착되어 있습니다.Hamamatsu Photonics) 및 ×20 렌즈.NH 모드의 픽셀 크기는 ~0.25μm이고 시야는 ~0.5mm입니다.XRD 모드용 검출기(BM AA60; Hamamatsu Photonics)에는 50 µm 두께의 P43(Gd2O2S:Tb) 분말 스크린, 2304 × 2304 픽셀 해상도 CMOS 카메라(C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) 및 릴레이 렌즈로 구성된 신틸레이터가 장착되어 있습니다.검출기의 유효 픽셀 크기는 19.05µm이고 시야는 43.9mm2입니다.FOV를 높이기 위해 WL 모드에서 오프셋 CT 절차를 적용했습니다.CT 재구성을 위한 투과광 영상은 회전축을 기준으로 수평으로 반사된 180°~360° 범위의 영상과 0°~180° 범위의 영상으로 구성됩니다.
XRD 모드에서 X선 ​​빔은 프레넬 존 플레이트에 의해 초점이 맞춰집니다.이 모드에서 검출기는 샘플 뒤 110mm에 배치되고 빔 스톱은 검출기 앞쪽 3mm에 있습니다.1.43°에서 18.00°(격자 피치 d = 16.6–1.32 Å)의 2θ 범위에서 회절 이미지는 검출기 시야의 하단에 집중된 X-선 스폿으로 획득되었습니다.샘플은 각 수직 스캔 단계에 대해 반 회전으로 일정한 간격으로 수직으로 이동합니다.광물 입자가 180° 회전했을 때 Bragg 조건을 만족하면 수평면에서 광물 입자의 회절을 얻을 수 있습니다.그런 다음 회절 이미지를 각 수직 스캔 단계에 대해 하나의 이미지로 결합했습니다.SR-XRD-CT 분석 조건은 SR-XRD 분석 조건과 거의 동일합니다.XRD-CT 모드에서 검출기는 샘플 뒤 69mm에 위치합니다.2θ 범위의 회절 이미지 범위는 1.2° ~ 17.68°(d = 19.73 ~ 1.35Å)이며, 여기서 X선 빔과 빔 리미터는 검출기 시야의 중심과 일치합니다.샘플을 수평으로 스캔하고 샘플을 180° 회전합니다.SR-XRD-CT 이미지는 피크 광물 강도를 픽셀 값으로 재구성했습니다.수평 스캔을 사용하면 일반적으로 샘플을 500~1000단계로 스캔합니다.
모든 실험에서 X선 ​​에너지는 직경 약 6mm의 운석에 대한 X선 투과의 하한값인 30keV로 고정되었습니다.180° 회전 시 모든 CT 측정에 대해 획득한 이미지 수는 1800개(오프셋 CT 프로그램의 경우 3600개)이며 이미지의 노출 시간은 WL 모드의 경우 100ms, NH 모드의 경우 300ms, XRD의 경우 500ms, 50ms입니다.XRD-CT ms의 경우 ms입니다.일반적인 샘플 스캔 시간은 WL 모드에서 약 10분, NH 모드에서 15분, XRD의 경우 3시간, SR-XRD-CT의 경우 8시간입니다.
CT 이미지는 convolutional back projection으로 재구성되었고 0에서 80 cm-1까지의 선형 감쇠 계수에 대해 정규화되었습니다.Slice 소프트웨어는 3D 데이터를 분석하는 데 사용되었고 muXRD 소프트웨어는 XRD 데이터를 분석하는 데 사용되었습니다.
에폭시로 고정된 Ryugu 입자(A0029, A0037, C0009, C0014 및 C0068)는 건조 상태에서 0.5μm(3M) 다이아몬드 래핑 필름 수준으로 표면에서 점진적으로 연마되어 연마 과정에서 재료가 표면과 접촉하는 것을 방지했습니다.각 샘플의 연마된 표면을 먼저 광학 현미경으로 조사한 다음 에너지 분산 분광계(AZtec)가 장착된 JEOL JSM-7100F SEM을 사용하여 샘플의 광물학 및 질감 이미지(BSE)와 정성적 NIPR 요소를 얻기 위해 후방 산란 전자를 조사했습니다.에너지) 사진.각 시료에 대하여 전자탐침 마이크로분석기(EPMA, JEOL JXA-8200)를 이용하여 주원소와 부원소의 함량을 분석하였다.5nA에서 필로실리케이트 및 탄산염 입자, 15keV에서 천연 및 합성 표준, 30nA에서 황화물, 자철석, 감람석 및 휘석을 분석합니다.모달 등급은 각 광물에 대해 임의로 설정된 적절한 임계값과 함께 ImageJ 1.53 소프트웨어를 사용하여 요소 맵과 BSE 이미지에서 계산되었습니다.
산소 동위원소 분석은 적외선 레이저 불소화 시스템을 사용하여 Open University(Milton Keynes, UK)에서 수행되었습니다.Hayabusa2 샘플은 시설 간 이동을 위해 질소가 채워진 용기에 담겨 Open University 38로 전달되었습니다.
0.1% 미만의 모니터링된 산소 수준으로 질소 글러브 박스에서 샘플 로딩을 수행했습니다.Hayabusa2 분석 작업을 위해 하나는 Hayabusa2 입자용이고 다른 하나는 흑요석 내부 표준용인 두 개의 샘플 구멍(직경 2.5mm, 깊이 5mm)으로 구성된 새로운 Ni 샘플 홀더를 제작했습니다.분석하는 동안 Hayabusa2 재료를 포함하는 샘플 우물을 레이저 반응 동안 샘플을 고정하기 위해 약 1mm 두께와 3mm 직경의 내부 BaF2 창으로 덮었습니다.샘플로의 BrF5 흐름은 Ni 샘플 홀더에서 절단된 가스 혼합 채널에 의해 유지되었습니다.진공 불소화 라인에서 제거한 다음 질소가 채워진 글러브 박스에서 열 수 있도록 샘플 챔버도 재구성되었습니다.2피스 챔버는 구리 개스킷 압축 밀봉과 EVAC Quick Release CeFIX 38 체인 클램프로 밀봉되었습니다.챔버 상단에 있는 3mm 두께의 BaF2 창을 통해 샘플과 레이저 가열을 동시에 관찰할 수 있습니다.샘플을 로드한 후 챔버를 다시 고정하고 불소화 라인에 다시 연결합니다.분석에 앞서 샘플 챔버를 진공 상태에서 밤새 약 95°C로 가열하여 흡착된 수분을 제거했습니다.밤새 가열한 후, 챔버를 실온으로 냉각시킨 다음 샘플 이동 동안 대기에 노출된 부분을 3개의 BrF5 분취량으로 퍼징하여 수분을 제거하였다.이러한 절차는 Hayabusa 2 샘플이 대기에 노출되지 않고 샘플 로딩 중에 대기로 배출되는 불소화 라인 부분의 습기에 의해 오염되지 않도록 합니다.
Ryugu C0014-4 및 Orgueil(CI) 입자 샘플은 수정된 "단일" 모드42에서 분석되었으며 Y-82162(CY) 분석은 여러 샘플 웰이 있는 단일 트레이에서 수행되었습니다41.무수 성분으로 인해 CY 콘드라이트에 대해 단일 방법을 사용할 필요가 없습니다.Photon Machines Inc. 적외선 CO2 레이저를 사용하여 샘플을 가열했습니다.BrF5가 있는 상태에서 XYZ 갠트리에 장착된 50W(10.6µm)의 전력.내장된 비디오 시스템은 반응 과정을 모니터링합니다.플루오르화 후, 유리된 O2는 2개의 극저온 질소 트랩과 KBr 가열 베드를 사용하여 스크러빙하여 과잉 플루오르를 제거했습니다.정제된 산소의 동위원소 조성은 약 200의 질량 분해능을 가진 Thermo Fisher MAT 253 이중 채널 질량 분석기에서 분석되었습니다.
어떤 경우에는 샘플 반응 중에 방출된 기체 O2의 양이 MAT 253 질량 분석기에서 벨로우즈 장치를 사용할 때의 대략적인 한계인 140µg 미만이었습니다.이러한 경우 분석을 위해 마이크로볼륨을 사용합니다.Hayabusa2 입자를 분석한 후 흑요석 내부 표준을 불소화하고 산소 동위원소 조성을 결정했습니다.
NF+ NF3+ 조각의 이온은 질량 33(16O17O)의 빔과 간섭합니다.이 잠재적인 문제를 제거하기 위해 대부분의 샘플은 극저온 분리 절차를 사용하여 처리됩니다.이것은 MAT 253 분석 전에 순방향으로 수행하거나 분석된 가스를 특수 분자체로 되돌려 극저온 분리 후 다시 통과시켜 두 번째 분석으로 수행할 수 있습니다.극저온 분리는 액체 질소 온도에서 분자체에 기체를 공급한 다음 -130°C의 온도에서 1차 분자체로 배출하는 과정을 포함합니다.광범위한 테스트 결과 NF+가 첫 번째 분자체에 남아 있으며 이 방법을 사용하면 중요한 분획이 발생하지 않는 것으로 나타났습니다.
내부 흑요석 표준의 반복 분석을 기반으로 벨로우즈 모드에서 시스템의 전체 정확도는 δ17O의 경우 ±0.053‰, δ18O의 경우 ±0.095‰, Δ17O(2 sd)의 경우 ±0.018‰입니다.산소 동위원소 분석은 표준 델타 표기법으로 제공되며 여기서 delta18O는 다음과 같이 계산됩니다.
또한 δ17O에 대해 17O/16O 비율을 사용하십시오.VSMOW는 Vienna Mean Sea Water Standard의 국제 표준입니다.Δ17O는 지구 분할선과의 편차를 나타내며 계산 공식은 Δ17O = δ17O – 0.52 × δ18O입니다.보충 표 3에 제시된 모든 데이터는 간격 조정되었습니다.
Kochi Core Sampling Institute의 JAMSTEC에서 Hitachi High Tech SMI4050 FIB 기기를 사용하여 Ryugu 입자에서 약 150~200nm 두께의 섹션을 추출했습니다.개체 간 이동을 위해 N2 가스가 채워진 용기에서 제거된 후 처리되지 않은 입자의 처리되지 않은 조각에서 모든 FIB 섹션이 회수되었습니다.이러한 파편은 SR-CT로 측정되지 않았지만 탄소 K-edge 스펙트럼에 영향을 줄 수 있는 잠재적인 손상 및 오염을 방지하기 위해 지구 대기에 최소한으로 노출되어 처리되었습니다.텅스텐 보호층을 증착한 후 관심 영역(최대 25 x 25 μm2)을 절단하고 30kV의 가속 전압에서 Ga+ 이온 빔으로 얇게 한 다음 5kV 및 40pA의 프로브 전류에서 표면 손상을 최소화합니다.FIB가 장착된 마이크로 매니퓰레이터를 사용하여 초박 절편을 확대된 구리 메쉬(Kochi 메쉬) 39에 배치했습니다.
Ryugu A0098(1.6303mg) 및 C0068(0.6483mg) 펠릿은 지구 대기와 어떠한 상호 작용도 없이 SPring-8의 순수 질소 충전 글러브 박스에서 순수 고순도 폴리에틸렌 시트로 두 번 밀봉되었습니다.JB-1(일본 지질 조사국에서 발행한 지질 기준암)에 대한 샘플 준비는 Tokyo Metropolitan University에서 수행되었습니다.
INAA는 교토 대학의 통합 방사선 및 원자력 과학 연구소에서 개최됩니다.샘플은 원소 정량화에 사용된 핵종의 반감기에 따라 선택된 다른 조사 주기로 두 번 조사되었습니다.먼저 시료를 공압 조사관에서 30초 동안 조사하였다.그림에서 열 및 고속 중성자의 플럭스.3은 Mg, Al, Ca, Ti, V 및 Mn의 함량을 결정하기 위해 각각 4.6 × 1012 및 9.6 × 1011 cm-2 s-1이다.MgO(순도 99.99%, Soekawa Chemical), Al(순도 99.9%, Soekawa Chemical) 및 Si 금속(순도 99.999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical)과 같은 화학 물질도 (n, n)과 같은 간섭 핵 반응을 보정하기 위해 조사되었습니다.샘플은 또한 중성자 플럭스의 변화를 보정하기 위해 염화나트륨(99.99% 순도; MANAC)으로 조사되었습니다.
중성자 조사 후 외부 폴리에틸렌 시트를 새 것으로 교체하고 샘플과 기준에서 방출되는 감마선을 Ge 검출기로 즉시 측정했습니다.동일한 샘플을 공압 조사관에서 4시간 동안 재조사하였다.2는 Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Se, Sb, Os, Ir 및 Au를 결정하기 위해 각각 5.6 1012 및 1.2 1012 cm-2 s-1의 열 및 고속 중성자 플럭스를 가집니다.Ga, As, Se, Sb, Os, Ir 및 Au의 대조군 샘플은 이들 원소의 농도를 알고 있는 표준 용액의 적절한 양(10 내지 50μg)을 2장의 여과지에 적용하여 조사한 다음 샘플을 조사했습니다.감마선 계수는 교토 대학의 통합 방사선 및 핵 과학 연구소와 도쿄 도립 대학의 RI 연구 센터에서 수행되었습니다.INAA 원소의 정량적 측정을 위한 분석 절차 및 참고 자료는 이전 작업에서 설명한 것과 동일합니다.
NIPR에서 Ryugu 샘플 A0029(<1mg), A0037(<1mg) 및 C0087(<1mg)의 회절 패턴을 수집하기 위해 X선 회절계(Rigaku SmartLab)를 사용했습니다. NIPR에서 Ryugu 샘플 A0029(<1mg), A0037(<1mg) 및 C0087(<1mg)의 회절 패턴을 수집하기 위해 X선 회절계(Rigaku SmartLab)를 사용했습니다. Рентгеновский диfraктометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора диfraкционных картин образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (≪1 мг) и C0087 ( <1 мг) 에서 NIPR. NIPR에서 Ryugu A0029(<1 mg), A0037(≪1 mg) 및 C0087(<1 mg) 시료의 회절 패턴을 수집하기 위해 X선 회절계(Rigaku SmartLab)를 사용했습니다.사용 X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 에서 NIPR 收集Ryugu 样品A0029(<1mg), A0037(<1mg) 및 C0087(<1mg) 的衍射图案.사용 X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) 에서 NIPR 收集Ryugu 样品A0029(<1mg), A0037(<1mg) 및 C0087(<1mg) 的衍射图案. Ryugu A0029(<1 мг), A0037(<1 мг) и C0087(<1 мг) были получены в NIPR с использованием рентгеновского дифрак тометра (Rigaku SmartLab). 샘플 Ryugu A0029(<1 mg), A0037(<1 mg) 및 C0087(<1 mg)의 X-선 회절 패턴은 X-선 회절계(Rigaku SmartLab)를 사용하여 NIPR에서 얻었다.모든 샘플은 사파이어 유리판을 사용하여 실리콘 무반사 웨이퍼 위에 미세한 분말로 분쇄한 다음 액체(물 또는 알코올) 없이 실리콘 무반사 웨이퍼 위에 고르게 펴 바릅니다.측정 조건은 관전압 40kV, 관전류 40mA에서 Cu Kα X선 방사를 발생시키고, 한계 슬릿 길이는 10mm, 발산각은 (1/6)°, 면내 회전수는 20rpm, 범위는 2θ(double Bragg angle)가 3~100°이고, 분석하는데 약 28시간이 걸린다.Bragg Brentano 광학이 사용되었습니다.검출기는 1차원 실리콘 반도체 검출기(D/teX Ultra 250)입니다.Ni 필터를 사용하여 Cu Kβ의 X-선을 제거하였다.사용 가능한 샘플을 사용하여 합성 마그네시아 사포나이트(JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), 사문석(leaf serpentine, Miyazu, Nikka) 및 자류석(monoclinic 4C, Chihua, Mexico Watts)의 측정값을 비교하여 피크를 식별하고 국제 회절 데이터 센터의 분말 파일 데이터 회절 데이터, 백운석(PDF 01-071-1662) 및 마그네타이트(PDF 01-071-1662) 및 자철광( PDF 00-019-0629).Ryugu의 회절 데이터는 수소화 변질된 탄소질 콘드라이트, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 및 Y 980115 CY(가열 단계 III, 500–750°C)의 데이터와도 비교되었습니다.비교 결과 Orgueil과 유사성이 나타났지만 Y-791198 및 Y 980115와는 유사하지 않았습니다.
FIB로 만든 샘플의 초박형 단면의 탄소 모서리 K가 있는 NEXAFS 스펙트럼은 분자 과학 연구소(일본 오카자키)의 UVSOR 싱크로트론 시설에서 STXM BL4U 채널을 사용하여 측정되었습니다.프레넬 존 플레이트로 광학적으로 초점을 맞춘 빔의 스폿 크기는 약 50nm입니다.에너지 단계는 니어 에지 영역(283.6–292.0 eV)의 미세 구조에 대해 0.1 eV이고 전면 및 후면 영역에 대해 0.5 eV(280.0–283.5 eV 및 292.5–300.0 eV)입니다.각 이미지 픽셀의 시간은 2ms로 설정되었습니다.배기 후, STXM 분석 챔버는 약 20mbar의 압력에서 헬륨으로 채워졌습니다.이는 챔버 및 샘플 홀더에 있는 X선 광학 장비의 열 드리프트를 최소화하고 샘플 손상 및/또는 산화를 줄이는 데 도움이 됩니다.NEXAFS K-edge 탄소 스펙트럼은 aXis2000 소프트웨어와 독점 STXM 데이터 처리 소프트웨어를 사용하여 누적 데이터에서 생성되었습니다.샘플 이동 케이스와 글러브박스는 샘플 산화 및 오염을 방지하는 데 사용됩니다.
STXM-NEXAFS 분석에 이어 Ryugu FIB 슬라이스의 수소, 탄소 및 질소의 동위원소 조성을 JAMSTEC NanoSIMS 50L을 사용한 동위원소 이미징을 사용하여 분석했습니다.탄소 및 질소 동위원소 분석의 경우 약 2pA, 수소 동위원소 분석의 경우 약 13pA의 집중된 Cs+ 기본 빔이 시료의 약 24×24µm2 ~ 30×30µm2 영역에 래스터화됩니다.상대적으로 강한 1차 빔 전류에서 3분간 사전 분무한 후 2차 빔 강도가 안정화된 후 각 분석을 시작했습니다.탄소 및 질소 동위원소 분석을 위해 12C-, 13C-, 16O-, 12C14N- 및 12C15N-의 이미지를 약 9000의 질량 분해능으로 7개의 전자 증배기 다중 검출을 사용하여 동시에 얻었습니다. 이는 모든 관련 동위원소 화합물을 분리하기에 충분합니다.간섭(예: 13C의 12C1H 및 12C15N의 13C14N).수소 동위원소 분석을 위해 3개의 전자 증배기를 사용한 다중 검출로 약 3000의 질량 분해능으로 1H-, 2D- 및 12C- 이미지를 얻었다.각 분석은 동일한 영역의 30개의 스캔 이미지로 구성되며, 하나의 이미지는 탄소 및 질소 동위원소 분석을 위한 256×256 픽셀과 수소 동위원소 분석을 위한 128×128 픽셀로 구성됩니다.지연 시간은 탄소 및 질소 동위원소 분석의 경우 픽셀당 3000µs이고 수소 동위원소 분석의 경우 픽셀당 5000µs입니다.우리는 1-하이드록시벤조트리아졸 수화물을 수소, 탄소 및 질소 동위원소 표준으로 사용하여 기기 질량 분별을 보정했습니다45.
FIB C0068-25 프로파일에서 태양전 흑연의 실리콘 동위원소 조성을 결정하기 위해 질량 분해능이 약 9000인 6개의 전자 증배기를 사용했습니다. 이미지는 픽셀당 지연 시간이 3000µs인 256 × 256 픽셀로 구성됩니다.실리콘 웨이퍼를 수소, 탄소 및 실리콘 동위원소 표준으로 사용하여 질량 분별 기기를 보정했습니다.
동위 원소 이미지는 NASA의 NanoSIMS45 이미징 소프트웨어를 사용하여 처리되었습니다.데이터는 전자 증배기 데드 타임(44ns) 및 준동시 도착 효과에 대해 수정되었습니다.획득하는 동안 이미지 드리프트를 수정하기 위해 각 이미지에 대한 서로 다른 스캔 정렬.최종 동위 원소 이미지는 각 스캔 픽셀에 대한 각 이미지의 2차 이온을 추가하여 생성됩니다.
STXM-NEXAFS 및 NanoSIMS 분석 후 동일한 FIB 단면을 투과전자현미경(JEOL JEM-ARM200F)을 사용하여 Kochi, JAMSTEC에서 가속 전압 200kV에서 검사했습니다.미세구조는 암시야에서 명시야 TEM과 고각 스캐닝 TEM을 사용하여 관찰하였다.광물 상은 스폿 전자 회절 및 격자 밴드 이미징으로 확인되었고 화학 분석은 100mm2 실리콘 드리프트 검출기와 JEOL Analysis Station 4.30 소프트웨어를 사용하여 EDS로 수행되었습니다.정량 분석을 위해 TEM 스캐닝 모드에서 고정 데이터 획득 시간 30초, 빔 스캐닝 영역 ~100 × 100 nm2, 빔 전류 50 pA에서 각 원소에 대한 특성 X-선 강도를 측정했습니다.층상 실리케이트의 (Si + Al)-Mg-Fe 비율은 천연 파이로파가넷의 표준에서 얻은 두께에 대해 보정된 실험 계수 k를 사용하여 결정되었습니다.
이 연구에 사용된 모든 이미지와 분석은 JAXA 데이터 보관 및 통신 시스템(DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2에서 사용할 수 있습니다.이 기사는 원본 데이터를 제공합니다.
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