Terima kasih kerana melayari Nature.com. Versi pelayar yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad. Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan pelayar yang dikemas kini (atau melumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan memaparkan laman web tanpa gaya dan JavaScript.
Asteroid jenis-C yang meruap dan kaya dengan bahan organik mungkin merupakan salah satu sumber utama air di Bumi. Pada masa ini, kondrit yang mengandungi karbon memberikan gambaran terbaik tentang komposisi kimianya, tetapi maklumat tentang meteorit telah diputarbelitkan: hanya jenis yang paling tahan lama yang terselamat memasuki atmosfera dan kemudian berinteraksi dengan persekitaran bumi. Di sini kami membentangkan hasil kajian volumetrik dan mikroanalitikal terperinci tentang zarah utama Ryugu yang dihantar ke Bumi oleh kapal angkasa Hayabusa-2. Zarah Ryugu menunjukkan padanan komposisi yang hampir sama dengan kondrit CI (jenis Iwuna) yang tidak terpecah secara kimia tetapi diubah suai air, yang digunakan secara meluas sebagai penunjuk komposisi keseluruhan sistem suria. Spesimen ini menunjukkan hubungan ruang yang kompleks antara organik alifatik yang kaya dan silikat berlapis dan menunjukkan suhu maksimum sekitar 30 °C semasa hakisan air. Kami mendapati banyak deuterium dan diazonium yang konsisten dengan asal usul ekstrasurya. Zarah Ryugu adalah bahan asing yang paling tidak tercemar dan tidak dapat dipisahkan yang pernah dikaji dan paling sesuai dengan komposisi keseluruhan sistem suria.
Dari Jun 2018 hingga November 2019, kapal angkasa Hayabusa2 Agensi Penerokaan Aeroangkasa Jepun (JAXA) telah menjalankan tinjauan jarak jauh yang meluas terhadap asteroid Ryugu. Data daripada Spektrometer Inframerah Dekat (NIRS3) di Hayabusa-2 menunjukkan bahawa Ryugu mungkin terdiri daripada bahan yang serupa dengan kondrit karbon metamorfik secara terma dan/atau kejutan. Padanan terdekat ialah kondrit CY (jenis Yamato) 2. Albedo Ryugu yang rendah boleh dijelaskan oleh kehadiran sebilangan besar komponen kaya karbon, serta saiz zarah, keliangan dan kesan luluhawa ruang. Kapal angkasa Hayabusa-2 telah melakukan dua pendaratan dan pengumpulan sampel di Ryuga. Semasa pendaratan pertama pada 21 Februari 2019, bahan permukaan telah diperoleh, yang disimpan dalam petak A kapsul pemulangan, dan semasa pendaratan kedua pada 11 Julai 2019, bahan telah dikumpulkan berhampiran kawah buatan yang dibentuk oleh impaktor mudah alih yang kecil. Sampel-sampel ini disimpan di Wad C. Pencirian awal zarah-zarah tanpa pemusnah dalam Peringkat 1 dalam ruang khas, tidak tercemar dan tulen yang dipenuhi nitrogen di kemudahan yang diuruskan oleh JAXA menunjukkan bahawa zarah Ryugu paling serupa dengan kondrit CI4 dan mempamerkan "pelbagai tahap variasi"3. Pengelasan Ryugu yang nampaknya bercanggah, serupa dengan kondrit CY atau CI, hanya boleh diselesaikan melalui pencirian isotop, unsur dan mineralogi terperinci zarah Ryugu. Keputusan yang dibentangkan di sini memberikan asas yang kukuh untuk menentukan yang mana antara dua penjelasan awal ini untuk komposisi keseluruhan asteroid Ryugu adalah yang paling mungkin.
Lapan pelet Ryugu (kira-kira 60mg jumlahnya), empat dari Dewan A dan empat dari Dewan C, telah ditugaskan ke Fasa 2 untuk menguruskan pasukan Kochi. Matlamat utama kajian ini adalah untuk menjelaskan sifat, asal usul dan sejarah evolusi asteroid Ryugu, dan untuk mendokumentasikan persamaan dan perbezaan dengan spesimen luar angkasa lain yang diketahui seperti kondrit, zarah debu antara planet (IDP) dan komet yang kembali. Sampel dikumpulkan oleh misi Stardust NASA.
Analisis mineralogi terperinci bagi lima butiran Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 dan C0068) menunjukkan bahawa ia kebanyakannya terdiri daripada filosilikat berbutir halus dan kasar (~64–88 vol.%; Rajah 1a, b, Rajah Tambahan 1). dan jadual tambahan 1). Filosilikat berbutir kasar berlaku sebagai agregat pinat (bersaiz sehingga puluhan mikron) dalam matriks berbutir halus yang kaya dengan filosilikat (bersaiz kurang daripada beberapa mikron). Zarah silikat berlapis adalah simbion serpentin-saponit (Rajah 1c). Peta (Si + Al)-Mg-Fe juga menunjukkan bahawa matriks silikat berlapis pukal mempunyai komposisi perantaraan antara serpentin dan saponit (Rajah 2a, b). Matriks filosilikat mengandungi mineral karbonat (~2–21 vol.%), mineral sulfida (~2.4–5.5 vol.%), dan magnetit (~3.6–6.8 vol.%). Salah satu zarah yang diperiksa dalam kajian ini (C0009) mengandungi sejumlah kecil (~0.5 vol.%) silikat anhidrus (olivin dan piroksen), yang boleh membantu mengenal pasti bahan sumber yang membentuk batu Ryugu mentah5. Silikat anhidrus ini jarang terdapat dalam pelet Ryugu dan hanya dikenal pasti secara positif dalam pelet C0009. Karbonat terdapat dalam matriks sebagai serpihan (kurang daripada beberapa ratus mikron), kebanyakannya dolomit, dengan sejumlah kecil kalsium karbonat dan brinell. Magnetit terdapat sebagai zarah terpencil, framboid, plak, atau agregat sfera. Sulfida terutamanya diwakili oleh pirhotit dalam bentuk prisma/plat atau bilah heksagon yang tidak sekata. Matriks mengandungi sejumlah besar pentlandit submikron atau dalam kombinasi dengan pirhotit. Fasa kaya karbon (saiz <10 µm) terdapat di mana-mana dalam matriks kaya filosilikat. Fasa kaya karbon (saiz <10 µm) terdapat di mana-mana dalam matriks kaya filosilikat. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой филлосиликатами матрице. Fasa kaya karbon (saiz <10 µm) terdapat di mana-mana dalam matriks kaya filosilikat.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 филлосиликатами матрице. Fasa kaya karbon (saiz <10 µm) mendominasi dalam matriks kaya filosilikat.Mineral sampingan lain ditunjukkan dalam Jadual Tambahan 1. Senarai mineral yang ditentukan daripada corak pembelauan sinar-X bagi campuran C0087 dan A0029 dan A0037 adalah sangat konsisten dengan yang ditentukan dalam kondrit CI (Orgueil), tetapi sangat berbeza daripada kondrit CY dan CM (jenis Mighei) (Rajah 1 dengan data yang diperluas dan Rajah Tambahan 2). Jumlah kandungan unsur butiran Ryugu (A0098, C0068) juga konsisten dengan kondrit 6 CI (data yang diperluas, Rajah 2 dan Jadual Tambahan 2). Sebaliknya, kondrit CM berkurangan dalam unsur yang sederhana dan sangat meruap, terutamanya Mn dan Zn, dan lebih tinggi dalam unsur refraktori7. Kepekatan beberapa unsur sangat berbeza, yang mungkin mencerminkan heterogeniti sampel yang wujud disebabkan oleh saiz zarah individu yang kecil dan bias persampelan yang terhasil. Semua ciri petrologi, mineralogi dan unsur menunjukkan bahawa butiran Ryugu sangat serupa dengan kondrit CI8,9,10. Pengecualian yang ketara ialah ketiadaan ferihidrit dan sulfat dalam butiran Ryugu, yang menunjukkan bahawa mineral ini dalam kondrit CI dibentuk oleh luluhawa daratan.
a, Imej sinar-X komposit bagi Mg Kα (merah), Ca Kα (hijau), Fe Kα (biru), dan S Kα (kuning) bahagian digilap kering C0068. Pecahan ini terdiri daripada silikat berlapis (merah: ~88 vol%), karbonat (dolomit; hijau muda: ~1.6 vol%), magnetit (biru: ~5.3 vol%) dan sulfida (kuning: sulfida = ~2.5% vol. esei. b, imej kawasan kontur dalam elektron berselerak balik pada a. Bru – belum matang; Dole – dolomit; FeS ialah besi sulfida; Mag – magnetit; jus – batu sabun; Srp – serpentin. c, imej mikroskopi elektron penghantaran (TEM) resolusi tinggi bagi pertumbuhan antara saponit-serpentin tipikal yang menunjukkan jalur kekisi serpentin dan saponit masing-masing 0.7 nm dan 1.1 nm.
Komposisi matriks dan silikat berlapis (pada %) bagi zarah Ryugu A0037 (bulatan merah pepejal) dan C0068 (bulatan biru pepejal) ditunjukkan dalam sistem ternari (Si+Al)-Mg-Fe. a, Keputusan Mikroanalisis Prob Elektron (EPMA) yang diplotkan terhadap kondrit CI (Ivuna, Orgueil, Alais)16 ditunjukkan dalam warna kelabu untuk perbandingan. b, Analisis TEM pengimbasan (STEM) dan spektroskopi sinar-X serakan tenaga (EDS) ditunjukkan untuk perbandingan dengan meteorit Orgueil9 dan Murchison46 dan IDP47 terhidrat. Filosilikat berbutir halus dan berbutir kasar dianalisis, mengelakkan zarah kecil besi sulfida. Garis putus-putus dalam a dan b menunjukkan garis pembubaran saponit dan serpentin. Komposisi kaya besi dalam a mungkin disebabkan oleh butiran besi sulfida submikron dalam butiran silikat berlapis, yang tidak boleh dikecualikan oleh resolusi ruang analisis EPMA. Titik data dengan kandungan Si yang lebih tinggi daripada saponit dalam b mungkin disebabkan oleh kehadiran bahan kaya silikon amorfus bersaiz nano di celahan lapisan filosilikat. Bilangan analisis: N=69 untuk A0037, N=68 untuk EPMA, N=68 untuk C0068, N=19 untuk A0037 dan N=27 untuk C0068 untuk STEM-EDS. c, peta isotop zarah trioksi Ryugu C0014-4 berbanding dengan nilai kondrit CI (Orgueil), CY (Y-82162) dan data literatur (CM dan C2-ung)41,48,49. Kami telah memperoleh data untuk meteorit Orgueil dan Y-82162. CCAM ialah barisan mineral kondrit berkarbon anhidrus, TFL ialah garis pemisah tanah. d, peta Δ17O dan δ18O bagi zarah Ryugu C0014-4, kondrit CI (Orgueil), dan kondrit CY (Y-82162) (kajian ini). Δ17O_Ryugu: Nilai Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Purata nilai Δ17O untuk Orgueil. Δ17O_Y-82162: Purata nilai Δ17O untuk Y-82162. Data CI dan CY daripada literatur 41, 48, 49 juga ditunjukkan untuk perbandingan.
Analisis isotop jisim oksigen telah dilakukan pada sampel 1.83 mg bahan yang diekstrak daripada granular C0014 melalui fluorinasi laser (Kaedah). Sebagai perbandingan, kami menjalankan tujuh salinan Orgueil (CI) (jumlah jisim = 8.96 mg) dan tujuh salinan Y-82162 (CY) (jumlah jisim = 5.11 mg) (Jadual Tambahan 3).
Pada rajah 2d, pemisahan Δ17O dan δ18O yang jelas antara zarah purata berat Orgueil dan Ryugu berbanding dengan Y-82162. Δ17O zarah Ryugu C0014-4 adalah lebih tinggi daripada zarah Orgeil, walaupun terdapat pertindihan pada 2 sd. Zarah Ryugu mempunyai nilai Δ17O yang lebih tinggi berbanding Orgeil, yang mungkin mencerminkan pencemaran daratan Orgeil sejak kejatuhannya pada tahun 1864. Luluhawa dalam persekitaran daratan11 semestinya mengakibatkan penggabungan oksigen atmosfera, menjadikan analisis keseluruhan lebih dekat dengan garis pecahan daratan (TFL). Kesimpulan ini selaras dengan data mineralogi (yang dibincangkan sebelum ini) bahawa butiran Ryugu tidak mengandungi hidrat atau sulfat, manakala Orgeil mengandunginya.
Berdasarkan data mineralogi di atas, keputusan ini menyokong perkaitan antara butiran Ryugu dan kondrit CI, tetapi menolak perkaitan kondrit CY. Hakikat bahawa butiran Ryugu tidak dikaitkan dengan kondrit CY, yang menunjukkan tanda-tanda mineralogi dehidrasi yang jelas, adalah membingungkan. Pemerhatian orbital Ryugu nampaknya menunjukkan bahawa ia telah mengalami dehidrasi dan oleh itu kemungkinan besar terdiri daripada bahan CY. Sebab-sebab perbezaan yang ketara ini masih tidak jelas. Analisis isotop oksigen bagi zarah Ryugu yang lain dibentangkan dalam kertas kerja sampingan 12. Walau bagaimanapun, keputusan set data lanjutan ini juga konsisten dengan perkaitan antara zarah Ryugu dan kondrit CI.
Menggunakan teknik mikroanalisis yang diselaraskan (Rajah Tambahan 3), kami mengkaji taburan ruang karbon organik di seluruh luas permukaan pecahan pancaran ion terfokus (FIB) C0068.25 (Rajah 3a–f). Spektrum penyerapan sinar-X struktur halus karbon (NEXAFS) di tepi berhampiran dalam bahagian C0068.25 menunjukkan beberapa kumpulan berfungsi – aromatik atau C=C (285.2 eV), C=O (286.5 eV), CH (287.5 eV) dan C(=O)O (288.8 eV) – struktur grafena tidak wujud pada 291.7 eV (Rajah 3a), yang bermaksud tahap variasi haba yang rendah. Puncak CH yang kuat (287.5 eV) bagi organik separa C0068.25 berbeza daripada organik tak larut bagi kondrit karbon yang dikaji sebelum ini dan lebih serupa dengan IDP14 dan zarah komet yang diperoleh oleh misi Stardust. Puncak CH yang kuat pada 287.5 eV dan puncak aromatik atau C=C yang sangat lemah pada 285.2 eV menunjukkan bahawa sebatian organik kaya dengan sebatian alifatik (Rajah 3a dan Rajah Tambahan 3a). Kawasan yang kaya dengan sebatian organik alifatik terletak di dalam filosilikat berbutir kasar, serta di kawasan yang mempunyai struktur karbon aromatik (atau C=C) yang lemah (Rajah 3c,d). Sebaliknya, A0037,22 (Rajah Tambahan 3) sebahagiannya menunjukkan kandungan kawasan kaya karbon alifatik yang lebih rendah. Mineralogi asas butiran ini kaya dengan karbonat, serupa dengan kondrit CI 16, menunjukkan perubahan air sumber yang meluas (Jadual Tambahan 1). Keadaan pengoksidaan akan menggalakkan kepekatan kumpulan berfungsi karbonil dan karboksil yang lebih tinggi dalam sebatian organik yang berkaitan dengan karbonat. Taburan submikron organik dengan struktur karbon alifatik boleh sangat berbeza daripada taburan silikat berlapis berbutir kasar. Petunjuk sebatian organik alifatik yang dikaitkan dengan filosilikat-OH ditemui dalam meteorit Tasik Tagish. Data mikroanalitik yang diselaraskan menunjukkan bahawa bahan organik yang kaya dengan sebatian alifatik mungkin tersebar luas dalam asteroid jenis-C dan berkait rapat dengan filosilikat. Kesimpulan ini selaras dengan laporan terdahulu tentang CH alifatik/aromatik dalam zarah Ryugu yang ditunjukkan oleh MicroOmega, mikroskop hiperspektral inframerah dekat. Satu persoalan penting dan belum dapat diselesaikan ialah sama ada sifat unik sebatian organik kaya karbon alifatik yang dikaitkan dengan filosilikat berbutir kasar yang diperhatikan dalam kajian ini hanya terdapat pada asteroid Ryugu.
a, Spektrum karbon NEXAFS dinormalkan kepada 292 eV dalam kawasan kaya aromatik (C=C) (merah), dalam kawasan kaya alifatik (hijau), dan dalam matriks (biru). Garis kelabu ialah spektrum organik tak larut Murchison 13 untuk perbandingan. au, unit arbitrasi. b, Imej spektrum mikroskopi sinar-X penghantaran imbasan (STXM) bagi kelebihan-K karbon yang menunjukkan bahawa bahagian tersebut didominasi oleh karbon. c, plot komposit RGB dengan kawasan kaya aromatik (C=C) (merah), kawasan kaya alifatik (hijau), dan matriks (biru). d, organik yang kaya dengan sebatian alifatik tertumpu dalam filosilikat berbutir kasar, kawasan tersebut dibesarkan daripada kotak bertitik putih dalam b dan c. e, nanosfera besar (ng-1) dalam kawasan yang dibesarkan daripada kotak bertitik putih dalam b dan c. Untuk: pirhotit. Pn: nikel-kromit. f, Imej unsur Spektrometri Jisim Ion Sekunder Nanoskala (NanoSIMS), Hidrogen (1H), Karbon (12C), dan Nitrogen (12C14N), imej nisbah unsur 12C/1H, dan imej isotop silang δD, δ13C, dan δ15N – Bahagian PG-1: grafit prasolar dengan pengayaan 13C yang ekstrem (Jadual Tambahan 4).
Kajian kinetik degradasi bahan organik dalam meteorit Murchison boleh memberikan maklumat penting tentang taburan heterogen bahan organik alifatik yang kaya dengan butiran Ryugu. Kajian ini menunjukkan bahawa ikatan CH alifatik dalam bahan organik kekal sehingga suhu maksimum kira-kira 30°C pada suhu induk dan/atau berubah dengan hubungan masa-suhu (contohnya 200 tahun pada 100°C dan 0°C 100 juta tahun). . Jika prekursor tidak dipanaskan pada suhu tertentu selama lebih daripada masa tertentu, taburan asal organik alifatik yang kaya dengan filosilikat mungkin terpelihara. Walau bagaimanapun, perubahan air batuan sumber boleh merumitkan tafsiran ini, kerana A0037 yang kaya dengan karbonat tidak menunjukkan sebarang kawasan alifatik yang kaya dengan karbon yang berkaitan dengan filosilikat. Perubahan suhu rendah ini secara kasarnya sepadan dengan kehadiran feldspar kubik dalam butiran Ryugu (Jadual Tambahan 1) 20.
Pecahan C0068.25 (ng-1; Rajah 3a–c,e) mengandungi nanosfera besar yang menunjukkan spektrum C(=O)O dan C=O yang sangat aromatik (atau C=C), sederhana alifatik, dan lemah. . Tandatangan karbon alifatik tidak sepadan dengan tandatangan organik tidak larut pukal dan nanosfera organik yang berkaitan dengan kondrit (Rajah 3a) 17,21. Analisis spektroskopi Raman dan inframerah nanosfera di Tasik Tagish menunjukkan bahawa ia terdiri daripada sebatian organik alifatik dan teroksida serta sebatian organik aromatik polisiklik tidak teratur dengan struktur kompleks 22,23. Oleh kerana matriks di sekelilingnya mengandungi organik yang kaya dengan sebatian alifatik, tandatangan karbon alifatik dalam ng-1 mungkin merupakan artifak analitikal. Menariknya, ng-1 mengandungi silikat amorfus terbenam (Rajah 3e), tekstur yang belum dilaporkan untuk sebarang organik luar angkasa. Silikat amorfus mungkin merupakan komponen semula jadi ng-1 atau terhasil daripada amorfisasi silikat akueus/anhidrus oleh ion dan/atau pancaran elektron semasa analisis.
Imej ion NanoSIMS bagi bahagian C0068.25 (Rajah 3f) menunjukkan perubahan seragam dalam δ13C dan δ15N, kecuali untuk butiran prasolar dengan pengayaan 13C yang besar iaitu 30,811‰ (PG-1 dalam imej δ13C dalam Rajah 3f) (Jadual Tambahan 4). Imej butiran asas sinar-X dan imej TEM resolusi tinggi hanya menunjukkan kepekatan karbon dan jarak antara satah basal 0.3 nm, yang sepadan dengan grafit. Perlu diperhatikan bahawa nilai δD (841 ± 394‰) dan δ15N (169 ± 95‰), yang diperkaya dengan bahan organik alifatik yang berkaitan dengan filosilikat berbutir kasar, ternyata sedikit lebih tinggi daripada purata untuk keseluruhan kawasan C (δD = 528 ± 139‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) dalam C0068.25 (Jadual Tambahan 4). Pemerhatian ini menunjukkan bahawa organik kaya alifatik dalam filosilikat berbutir kasar mungkin lebih primitif daripada organik di sekelilingnya, kerana yang terakhir mungkin telah mengalami pertukaran isotop dengan air di sekelilingnya dalam jasad asal. Secara alternatif, perubahan isotop ini juga mungkin berkaitan dengan proses pembentukan awal. Ditafsirkan bahawa silikat berlapis berbutir halus dalam kondrit CI terbentuk akibat perubahan berterusan gugusan silikat anhidrat berbutir kasar asal. Bahan organik kaya alifatik mungkin telah terbentuk daripada molekul prekursor dalam cakera protoplanet atau medium antara bintang sebelum pembentukan sistem suria, dan kemudian sedikit berubah semasa perubahan air jasad induk Ryugu (besar). Saiz (<1.0 km) Ryugu terlalu kecil untuk mengekalkan haba dalaman yang mencukupi bagi pengubahan akueus untuk membentuk mineral hidrous25. Saiz (<1.0 km) Ryugu terlalu kecil untuk mengekalkan haba dalaman yang mencukupi bagi pengubahan akueus untuk membentuk mineral hidrous25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного изменобенихра сизменобния минералов25. Saiz (<1.0 km) Ryugu terlalu kecil untuk mengekalkan haba dalaman yang mencukupi bagi pertukaran air untuk membentuk mineral air25. 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2物。 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2物。 Размер Рюгу (<1,0 км) слишком мал, чтобы поддерживать внутреннее тепло для изменения воды с образованнием мдравидем Saiz Ryugu (<1.0 km) terlalu kecil untuk menyokong haba dalaman bagi menukar air untuk membentuk mineral air25.Oleh itu, saiz prekursor Ryugu yang berpuluh-puluh kilometer mungkin diperlukan. Bahan organik yang kaya dengan sebatian alifatik mungkin mengekalkan nisbah isotop asalnya kerana kaitannya dengan filosilikat berbutir kasar. Walau bagaimanapun, sifat sebenar pembawa berat isotop masih tidak menentu disebabkan oleh pencampuran pelbagai komponen dalam pecahan FIB ini yang kompleks dan halus. Ini boleh jadi bahan organik yang kaya dengan sebatian alifatik dalam granul Ryugu atau filosilikat kasar yang mengelilinginya. Perhatikan bahawa bahan organik dalam hampir semua kondrit berkarbon (termasuk kondrit CI) cenderung lebih kaya dengan D berbanding filosilikat, kecuali meteorit CM Paris 24, 26.
Plot isipadu δD dan δ15N bagi hirisan FIB yang diperoleh untuk A0002.23 dan A0002.26, A0037.22 dan A0037.23 dan C0068.23, C0068.25 dan C0068.26 hirisan FIB (sejumlah tujuh hirisan FIB daripada tiga zarah Ryugu) Perbandingan NanoSIMS dengan objek lain sistem suria ditunjukkan dalam rajah 4 (Jadual Tambahan 4)27,28. Perubahan isipadu dalam δD dan δ15N dalam profil A0002, A0037, dan C0068 adalah konsisten dengan yang terdapat dalam IDP, tetapi lebih tinggi daripada dalam kondrit CM dan CI (Rajah 4). Perhatikan bahawa julat nilai δD untuk sampel Komet 29 (-240 hingga 1655‰) adalah lebih besar daripada Ryugu. Isipadu δD dan δ15N profil Ryukyu, sebagai peraturan, adalah lebih kecil daripada purata bagi komet keluarga Musytari dan awan Oort (Rajah 4). Nilai δD yang lebih rendah bagi kondrit CI mungkin mencerminkan pengaruh pencemaran daratan dalam sampel ini. Memandangkan persamaan antara Bells, Lake Tagish, dan IDP, heterogeniti yang besar dalam nilai δD dan δN dalam zarah Ryugu mungkin mencerminkan perubahan dalam tandatangan isotop awal komposisi organik dan akueus dalam sistem suria awal. Perubahan isotop yang serupa dalam δD dan δN dalam zarah Ryugu dan IDP menunjukkan bahawa kedua-duanya mungkin terbentuk daripada bahan dari sumber yang sama. Adalah dipercayai bahawa IDP berasal daripada sumber komet 14. Oleh itu, Ryugu mungkin mengandungi bahan seperti komet dan/atau sekurang-kurangnya sistem suria luar. Walau bagaimanapun, ini mungkin lebih sukar daripada yang kami nyatakan di sini disebabkan oleh (1) campuran air sferulit dan air kaya D pada badan induk 31 dan (2) nisbah D/H komet sebagai fungsi aktiviti komet 32. Walau bagaimanapun, sebab-sebab heterogeniti isotop hidrogen dan nitrogen yang diperhatikan dalam zarah Ryugu tidak difahami sepenuhnya, sebahagiannya disebabkan oleh bilangan analisis yang terhad yang tersedia pada hari ini. Keputusan sistem isotop hidrogen dan nitrogen masih menimbulkan kemungkinan bahawa Ryugu mengandungi kebanyakan bahan dari luar Sistem Suria dan dengan itu mungkin menunjukkan beberapa persamaan dengan komet. Profil Ryugu tidak menunjukkan korelasi yang jelas antara δ13C dan δ15N (Jadual Tambahan 4).
Komposisi isotop H dan N keseluruhan zarah Ryugu (bulatan merah: A0002, A0037; bulatan biru: C0068) berkorelasi dengan magnitud suria 27, keluarga purata Musytari (JFC27), dan komet awan Oort (OCC27), IDP28, dan kondrule berkarbon. Perbandingan meteorit 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Komposisi isotop diberikan dalam Jadual Tambahan 4. Garis putus-putus ialah nilai isotop daratan untuk H dan N.
Pengangkutan bahan meruap (contohnya bahan organik dan air) ke Bumi masih menjadi kebimbangan26,27,33. Bahan organik submikron yang dikaitkan dengan filosilikat kasar dalam zarah Ryugu yang dikenal pasti dalam kajian ini mungkin merupakan sumber bahan meruap yang penting. Bahan organik dalam filosilikat berbutir kasar lebih terlindung daripada degradasi16,34 dan pereputan35 berbanding bahan organik dalam matriks berbutir halus. Komposisi isotop hidrogen yang lebih berat dalam zarah bermakna ia tidak mungkin menjadi satu-satunya sumber bahan meruap yang dibawa ke Bumi purba. Ia boleh dicampurkan dengan komponen dengan komposisi isotop hidrogen yang lebih ringan, seperti yang baru-baru ini dicadangkan dalam hipotesis kehadiran air yang dipacu angin suria dalam silikat.
Dalam kajian ini, kami menunjukkan bahawa meteorit CI, walaupun mempunyai kepentingan geokimia sebagai wakil komposisi keseluruhan sistem suria,6,10 adalah sampel yang tercemar di daratan. Kami juga menyediakan bukti langsung untuk interaksi antara bahan organik alifatik yang kaya dan mineral hidrous bersebelahan dan mencadangkan bahawa Ryugu mungkin mengandungi bahan ekstrasuria37. Keputusan kajian ini dengan jelas menunjukkan kepentingan persampelan langsung protoasteroid dan keperluan untuk mengangkut sampel yang dikembalikan di bawah keadaan lengai dan steril sepenuhnya. Bukti yang dikemukakan di sini menunjukkan bahawa zarah Ryugu tidak syak lagi merupakan salah satu bahan sistem suria yang paling tidak tercemar yang tersedia untuk penyelidikan makmal, dan kajian lanjut tentang sampel berharga ini tidak syak lagi akan meluaskan pemahaman kita tentang proses awal sistem suria. Zarah Ryugu adalah perwakilan terbaik bagi komposisi keseluruhan sistem suria.
Untuk menentukan mikrostruktur kompleks dan sifat kimia sampel skala submikron, kami menggunakan tomografi berkomputer berasaskan sinaran sinkrotron (SR-XCT) dan pembelauan sinar-X SR (XRD)-CT, analisis FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM. Tiada degradasi, pencemaran akibat atmosfera bumi, dan tiada kerosakan daripada zarah halus atau sampel mekanikal. Sementara itu, kami telah menjalankan analisis volumetrik sistematik menggunakan mikroskop elektron imbasan (SEM)-EDS, EPMA, XRD, analisis pengaktifan neutron instrumental (INAA), dan peralatan fluorinasi isotop oksigen laser. Prosedur pengujian ditunjukkan dalam Rajah Tambahan 3 dan setiap pengujian diterangkan dalam bahagian berikut.
Zarah-zarah daripada asteroid Ryugu telah ditemui daripada modul kemasukan semula Hayabusa-2 dan dihantar ke Pusat Kawalan JAXA di Sagamihara, Jepun, tanpa mencemarkan atmosfera Bumi4. Selepas pencirian awal dan tanpa pemusnah di kemudahan yang diuruskan oleh JAXA, gunakan bekas pemindahan antara tapak yang boleh ditutup rapat dan beg kapsul sampel (hablur nilam berdiameter 10 atau 15 mm dan keluli tahan karat, bergantung pada saiz sampel) untuk mengelakkan gangguan alam sekitar. alam sekitar. bahan cemar tanah (cth. wap air, hidrokarbon, gas atmosfera dan zarah halus) dan pencemaran silang antara sampel semasa penyediaan dan pengangkutan sampel antara institut dan universiti38. Untuk mengelakkan degradasi dan pencemaran akibat interaksi dengan atmosfera bumi (wap air dan oksigen), semua jenis penyediaan sampel (termasuk pemotongan dengan pahat tantalum, menggunakan gergaji dawai berlian seimbang (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) dan pemotongan epoksi) penyediaan untuk pemasangan) telah dijalankan di dalam kotak sarung tangan di bawah N2 yang bersih dan kering (takat embun: -80 hingga -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Semua barang yang digunakan di sini dibersihkan dengan gabungan air ultratulen dan etanol menggunakan gelombang ultrasonik dengan frekuensi yang berbeza.
Di sini kami mengkaji koleksi meteorit Institut Penyelidikan Kutub Kebangsaan (NIPR) dari Pusat Penyelidikan Meteorit Antartika (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 dan CY: Y 980115).
Untuk pemindahan antara instrumen bagi analisis SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS dan TEM, kami menggunakan pemegang sampel ultra nipis universal yang diterangkan dalam kajian terdahulu38.
Analisis SR-XCT sampel Ryugu telah dilakukan menggunakan sistem CT bersepadu BL20XU/SPring-8. Sistem CT bersepadu ini terdiri daripada pelbagai mod pengukuran: medan pandangan luas dan mod resolusi rendah (WL) untuk menangkap keseluruhan struktur sampel, medan pandangan sempit dan mod resolusi tinggi (NH) untuk pengukuran luas sampel yang tepat. Kepekatan dan radiograf untuk mendapatkan corak pembelauan isipadu sampel, dan melakukan XRD-CT untuk mendapatkan gambarajah 2D fasa mineral satah mendatar dalam sampel. Ambil perhatian bahawa semua pengukuran boleh dilakukan tanpa menggunakan sistem terbina dalam untuk mengeluarkan pemegang sampel dari tapak, membolehkan pengukuran CT dan XRD-CT yang tepat. Pengesan sinar-X mod WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) dilengkapi dengan kamera logam-oksida-semikonduktor (CMOS) 4608 × 4608 piksel tambahan (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) dengan sintilator yang terdiri daripada 10 lutetium aluminium garnet ketebalan kristal tunggal µm (Lu3Al5O12:Ce) dan kanta geganti. Saiz piksel dalam mod WL adalah kira-kira 0.848 µm. Oleh itu, medan pandangan (FOV) dalam mod WL adalah kira-kira 6 mm dalam mod CT ofset. Pengesan sinar-X mod NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) dilengkapi dengan sintilator gadolinium-aluminium-galium garnet (Gd3Al2Ga3O12) setebal 20 µm, kamera CMOS (C11440-22CU) dengan resolusi 2048 × 2048 piksel; Hamamatsu Photonics) dan kanta ×20. Saiz piksel dalam mod NH ialah ~0.25 µm dan medan pandangan ialah ~0.5 mm. Pengesan untuk mod XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) dilengkapi dengan sintilator yang terdiri daripada skrin serbuk P43 (Gd2O2S:Tb) setebal 50 µm, kamera CMOS resolusi 2304 × 2304 piksel (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) dan kanta geganti. Pengesan ini mempunyai saiz piksel berkesan 19.05 µm dan medan pandangan 43.9 mm2. Untuk meningkatkan FOV, kami menggunakan prosedur CT ofset dalam mod WL. Imej cahaya yang dipancarkan untuk pembinaan semula CT terdiri daripada imej dalam julat 180° hingga 360° yang dipantulkan secara mendatar di sekitar paksi putaran, dan imej dalam julat 0° hingga 180°.
Dalam mod XRD, pancaran sinar-X difokuskan oleh plat zon Fresnel. Dalam mod ini, pengesan diletakkan 110 mm di belakang sampel dan hentian pancaran adalah 3 mm di hadapan pengesan. Imej pembelauan dalam julat 2θ dari 1.43° hingga 18.00° (pic grating d = 16.6–1.32 Å) diperoleh dengan titik sinar-X difokuskan di bahagian bawah medan pandangan pengesan. Sampel bergerak secara menegak pada selang masa yang tetap, dengan separuh pusingan untuk setiap langkah imbasan menegak. Jika zarah mineral memenuhi syarat Bragg apabila diputarkan sebanyak 180°, adalah mungkin untuk mendapatkan pembelauan zarah mineral dalam satah mendatar. Imej pembelauan kemudiannya digabungkan menjadi satu imej untuk setiap langkah imbasan menegak. Keadaan ujian SR-XRD-CT hampir sama seperti keadaan ujian SR-XRD. Dalam mod XRD-CT, pengesan diletakkan 69 mm di belakang sampel. Imej pembelauan dalam julat 2θ berkisar antara 1.2° hingga 17.68° (d = 19.73 hingga 1.35 Å), di mana kedua-dua pancaran sinar-X dan pengehad pancaran adalah sejajar dengan pusat medan pandangan pengesan. Imbas sampel secara mendatar dan putar sampel 180°. Imej SR-XRD-CT telah dibina semula dengan keamatan mineral puncak sebagai nilai piksel. Dengan pengimbasan mendatar, sampel biasanya diimbas dalam 500–1000 langkah.
Bagi semua eksperimen, tenaga sinar-X ditetapkan pada 30 keV, kerana ini adalah had bawah penembusan sinar-X ke dalam meteorit dengan diameter kira-kira 6 mm. Bilangan imej yang diperoleh untuk semua ukuran CT semasa putaran 180° ialah 1800 (3600 untuk program CT ofset), dan masa pendedahan untuk imej ialah 100 ms untuk mod WL, 300 ms untuk mod NH, 500 ms untuk XRD, dan 50 ms. ms untuk XRD-CT ms. Masa imbasan sampel biasa adalah kira-kira 10 minit dalam mod WL, 15 minit dalam mod NH, 3 jam untuk XRD, dan 8 jam untuk SR-XRD-CT.
Imej CT telah dibina semula melalui unjuran belakang konvolusi dan dinormalisasi untuk pekali pelemahan linear dari 0 hingga 80 cm-1. Perisian Slice digunakan untuk menganalisis data 3D dan perisian muXRD digunakan untuk menganalisis data XRD.
Zarah Ryugu yang ditetapkan epoksi (A0029, A0037, C0009, C0014 dan C0068) telah digilap secara beransur-ansur pada permukaan sehingga tahap filem lapping berlian 0.5 µm (3M) di bawah keadaan kering, mengelakkan bahan daripada bersentuhan dengan permukaan semasa proses penggilapan. Permukaan setiap sampel yang digilap terlebih dahulu diperiksa dengan mikroskopi cahaya dan kemudian elektron yang diserakkan balik untuk mendapatkan imej mineralogi dan tekstur (BSE) sampel dan unsur NIPR kualitatif menggunakan SEM JEOL JSM-7100F yang dilengkapi dengan gambar spektrometer serakan tenaga (AZtec). Bagi setiap sampel, kandungan unsur utama dan minor dianalisis menggunakan mikroanalisis prob elektron (EPMA, JEOL JXA-8200). Analisis zarah filosilikat dan karbonat pada 5 nA, piawaian semula jadi dan sintetik pada 15 keV, sulfida, magnetit, olivin dan piroksen pada 30 nA. Gred modal dikira daripada peta unsur dan imej BSE menggunakan perisian ImageJ 1.53 dengan ambang yang sesuai ditetapkan secara sewenang-wenangnya untuk setiap mineral.
Analisis isotop oksigen telah dijalankan di Open University (Milton Keynes, UK) menggunakan sistem fluorinasi laser inframerah. Sampel Hayabusa2 telah dihantar ke Open University 38 dalam bekas berisi nitrogen untuk pemindahan antara kemudahan.
Pemuatan sampel dilakukan dalam kotak sarung tangan nitrogen dengan tahap oksigen yang dipantau di bawah 0.1%. Untuk kerja analisis Hayabusa2, pemegang sampel Ni baharu telah dibuat, yang terdiri daripada hanya dua lubang sampel (diameter 2.5 mm, kedalaman 5 mm), satu untuk zarah Hayabusa2 dan satu lagi untuk piawai dalaman obsidian. Semasa analisis, telaga sampel yang mengandungi bahan Hayabusa2 ditutup dengan tingkap BaF2 dalaman setebal kira-kira 1 mm dan diameter 3 mm untuk memegang sampel semasa tindak balas laser. Aliran BrF5 ke sampel dikekalkan oleh saluran pencampuran gas yang dipotong dalam pemegang sampel Ni. Ruang sampel juga dikonfigurasikan semula supaya ia boleh dikeluarkan daripada talian fluorinasi vakum dan kemudian dibuka dalam kotak sarung tangan yang diisi nitrogen. Ruang dua keping itu dimeteraikan dengan meterai mampatan bergasket tembaga dan pengapit rantai EVAC Quick Release CeFIX 38. Tingkap BaF2 setebal 3 mm di bahagian atas ruang membolehkan pemerhatian serentak sampel dan pemanasan laser. Selepas memuatkan sampel, pengapit ruang sekali lagi dan sambungkan semula ke talian fluorinasi. Sebelum analisis, ruang sampel dipanaskan di bawah vakum sehingga kira-kira 95°C semalaman untuk menyingkirkan sebarang kelembapan yang terserap. Selepas pemanasan semalaman, ruang tersebut dibiarkan sejuk hingga ke suhu bilik dan kemudian bahagian yang terdedah kepada atmosfera semasa pemindahan sampel dibersihkan dengan tiga alikuot BrF5 untuk menyingkirkan kelembapan. Prosedur ini memastikan bahawa sampel Hayabusa 2 tidak terdedah kepada atmosfera dan tidak tercemar oleh kelembapan daripada bahagian saluran berfluorin yang dialirkan ke atmosfera semasa pemuatan sampel.
Sampel zarah Ryugu C0014-4 dan Orgueil (CI) dianalisis dalam mod "tunggal" yang diubah suai42, manakala analisis Y-82162 (CY) dilakukan pada dulang tunggal dengan berbilang telaga sampel41. Disebabkan komposisi anhidrusnya, tidak perlu menggunakan satu kaedah untuk kondrit CY. Sampel dipanaskan menggunakan laser CO2 inframerah Photon Machines Inc. berkuasa 50 W (10.6 µm) yang dipasang pada gantri XYZ dengan kehadiran BrF5. Sistem video terbina dalam memantau perjalanan tindak balas. Selepas pemfluoran, O2 yang dibebaskan digosok menggunakan dua perangkap nitrogen kriogenik dan lapisan KBr yang dipanaskan untuk membuang sebarang fluorin berlebihan. Komposisi isotop oksigen yang telah ditulenkan dianalisis pada spektrometer jisim dwi-saluran Thermo Fisher MAT 253 dengan resolusi jisim kira-kira 200.
Dalam beberapa kes, jumlah gas O2 yang dibebaskan semasa tindak balas sampel adalah kurang daripada 140 µg, iaitu had anggaran penggunaan peranti belos pada spektrometer jisim MAT 253. Dalam kes ini, gunakan mikroisipadu untuk analisis. Selepas menganalisis zarah Hayabusa2, piawai dalaman obsidian telah difluorinasi dan komposisi isotop oksigennya ditentukan.
Ion-ion serpihan NF+ NF3+ mengganggu pancaran berjisim 33 (16O17O). Untuk menghapuskan masalah yang berpotensi ini, kebanyakan sampel diproses menggunakan prosedur pemisahan kriogenik. Ini boleh dilakukan dalam arah hadapan sebelum analisis MAT 253 atau sebagai analisis kedua dengan mengembalikan gas yang dianalisis kembali ke penapis molekul khas dan memasukkannya semula selepas pemisahan kriogenik. Pemisahan kriogenik melibatkan pembekalan gas ke penapis molekul pada suhu nitrogen cecair dan kemudian menunaikannya ke dalam penapis molekul primer pada suhu -130°C. Ujian meluas telah menunjukkan bahawa NF+ kekal pada penapis molekul pertama dan tiada pecahan yang ketara berlaku menggunakan kaedah ini.
Berdasarkan analisis berulang piawaian obsidian dalaman kami, ketepatan keseluruhan sistem dalam mod belos ialah: ±0.053‰ untuk δ17O, ±0.095‰ untuk δ18O, ±0.018‰ untuk Δ17O (2 sd). Analisis isotop oksigen diberikan dalam notasi delta piawai, di mana delta18O dikira sebagai:
Gunakan juga nisbah 17O/16O untuk δ17O. VSMOW ialah piawaian antarabangsa untuk Piawaian Air Laut Purata Vienna. Δ17O mewakili sisihan daripada garisan pecahan bumi, dan formula pengiraan ialah: Δ17O = δ17O – 0.52 × δ18O. Semua data yang dibentangkan dalam Jadual Tambahan 3 telah dilaraskan jurang.
Keratan rentas setebal lebih kurang 150 hingga 200 nm telah diekstrak daripada zarah Ryugu menggunakan instrumen Hitachi High Tech SMI4050 FIB di JAMSTEC, Institut Pensampelan Teras Kochi. Ambil perhatian bahawa semua keratan rentas FIB telah diperoleh daripada serpihan zarah yang tidak diproses selepas dikeluarkan daripada bekas berisi gas N2 untuk pemindahan antara objek. Serpihan ini tidak diukur dengan SR-CT, tetapi diproses dengan pendedahan minimum kepada atmosfera bumi untuk mengelakkan potensi kerosakan dan pencemaran yang boleh menjejaskan spektrum karbon K-edge. Selepas pemendapan lapisan pelindung tungsten, kawasan yang diminati (sehingga 25 × 25 μm2) dipotong dan dinipiskan dengan pancaran ion Ga+ pada voltan pecutan 30 kV, kemudian pada 5 kV dan arus prob 40 pA untuk meminimumkan kerosakan permukaan. Keratan rentas ultra nipis kemudiannya diletakkan pada jaringan kuprum yang diperbesar (jaringan Kochi) 39 menggunakan mikromanipulator yang dilengkapi dengan FIB.
Pelet Ryugu A0098 (1.6303mg) dan C0068 (0.6483mg) telah dimeteraikan dua kali dalam kepingan polietilena tulen yang berketulenan tinggi dalam kotak sarung tangan yang diisi nitrogen tulen pada SPring-8 tanpa sebarang interaksi dengan atmosfera bumi. Penyediaan sampel untuk JB-1 (batuan rujukan geologi yang dikeluarkan oleh Tinjauan Geologi Jepun) telah dijalankan di Universiti Metropolitan Tokyo.
INAA diadakan di Institut Sinaran Bersepadu dan Sains Nuklear, Universiti Kyoto. Sampel telah disinari dua kali dengan kitaran penyinaran berbeza yang dipilih mengikut separuh hayat nuklida yang digunakan untuk pengkuantitian unsur. Pertama, sampel telah disinari dalam tiub penyinaran pneumatik selama 30 saat. Fluks neutron terma dan pantas dalam rajah 3 masing-masing ialah 4.6 × 1012 dan 9.6 × 1011 cm-2 s-1, untuk menentukan kandungan Mg, Al, Ca, Ti, V dan Mn. Bahan kimia seperti MgO (tulen 99.99%, Soekawa Chemical), Al (tulen 99.9%, Soekawa Chemical), dan logam Si (tulen 99.999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical) juga telah disinari untuk membetulkan tindak balas nuklear yang mengganggu seperti (n, n). Sampel tersebut juga disinari dengan natrium klorida (ketulenan 99.99%; MANAC) untuk membetulkan perubahan dalam fluks neutron.
Selepas penyinaran neutron, kepingan polietilena luar digantikan dengan yang baharu, dan sinaran gama yang dipancarkan oleh sampel dan rujukan diukur serta-merta dengan pengesan Ge. Sampel yang sama disinari semula selama 4 jam dalam tiub penyinaran pneumatik. 2 mempunyai fluks neutron terma dan pantas masing-masing sebanyak 5.6 1012 dan 1.2 1012 cm-2 s-1, untuk menentukan Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Kandungan Se, Sb, Os, Ir dan Au. Sampel kawalan Ga, As, Se, Sb, Os, Ir, dan Au disinari dengan menggunakan jumlah yang sesuai (dari 10 hingga 50 μg) larutan piawai dengan kepekatan unsur-unsur ini yang diketahui ke atas dua keping kertas turas, diikuti dengan penyinaran sampel. Kiraan sinar gama telah dilakukan di Institut Sinaran Bersepadu dan Sains Nuklear, Universiti Kyoto dan Pusat Penyelidikan RI, Universiti Metropolitan Tokyo. Prosedur analitik dan bahan rujukan untuk penentuan kuantitatif unsur INAA adalah sama seperti yang diterangkan dalam kajian kami sebelum ini.
Difraktometer sinar-X (Rigaku SmartLab) telah digunakan untuk mengumpul corak pembelauan sampel Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) dan C0087 (<1 mg) pada NIPR. Difraktometer sinar-X (Rigaku SmartLab) telah digunakan untuk mengumpul corak pembelauan sampel Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) dan C0087 (<1 mg) pada NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин образцов Ryugu A0029 (<1 мг (≪ 0 мг), A003 C мг) dalam NIPR. Difraktometer sinar-X (Rigaku SmartLab) telah digunakan untuk mengumpul corak pembelauan sampel Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg), dan C0087 (<1 mg) dalam NIPR.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) 和C0087 (<1 mg) 的衍使用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) 和C0087 (<1 mg) 的衍 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) dan C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с использованием ренскрафем рентрат (Rigaku SmartLab). Corak pembelauan sinar-X bagi sampel Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) dan C0087 (<1 mg) telah diperoleh di NIPR menggunakan difraktometer sinar-X (Rigaku SmartLab).Semua sampel dikisar menjadi serbuk halus pada wafer silikon bukan pantulan menggunakan plat kaca nilam dan kemudian disebarkan secara sekata pada wafer silikon bukan pantulan tanpa sebarang cecair (air atau alkohol). Keadaan pengukuran adalah seperti berikut: Sinaran sinar-X Cu Kα dijana pada voltan tiub 40 kV dan arus tiub 40 mA, panjang celah pengehad ialah 10 mm, sudut pencapahan ialah (1/6)°, kelajuan putaran dalam satah ialah 20 rpm, dan julatnya ialah 2θ (sudut Bragg berganda) ialah 3-100° dan mengambil masa kira-kira 28 jam untuk dianalisis. Optik Bragg Brentano telah digunakan. Pengesannya ialah pengesan semikonduktor silikon satu dimensi (D/teX Ultra 250). Sinar-X Cu Kβ telah disingkirkan menggunakan penapis Ni. Menggunakan sampel yang ada, pengukuran saponit magnesia sintetik (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentin (serpentin daun, Miyazu, Nikka) dan pirhotit (monoklinik 4C, Chihua, Mexico Watts) telah dibandingkan untuk mengenal pasti puncak dan menggunakan data pembelauan data fail serbuk daripada Pusat Antarabangsa untuk Data Pembelauan, dolomit (PDF 01-071-1662) dan magnetit (PDF 00-019-0629). Data pembelauan daripada Ryugu juga dibandingkan dengan data pada kondrit karbon terhidroterubah, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4, dan Y 980115 CY (peringkat pemanasan III, 500–750°C). Perbandingan menunjukkan persamaan dengan Orgueil, tetapi tidak dengan Y-791198 dan Y 980115.
Spektrum NEXAFS dengan tepi karbon K bagi keratan ultra nipis sampel yang diperbuat daripada FIB diukur menggunakan saluran STXM BL4U di kemudahan sinkrotron UVSOR di Institut Sains Molekul (Okazaki, Jepun). Saiz titik pancaran yang difokuskan secara optik dengan plat zon Fresnel adalah lebih kurang 50 nm. Langkah tenaga ialah 0.1 eV untuk struktur halus kawasan tepi berhampiran (283.6–292.0 eV) dan 0.5 eV (280.0–283.5 eV dan 292.5–300.0 eV) untuk kawasan hadapan dan belakang. Masa untuk setiap piksel imej ditetapkan kepada 2 ms. Selepas pemindahan, ruang analitik STXM diisi dengan helium pada tekanan kira-kira 20 mbar. Ini membantu meminimumkan hanyutan haba peralatan optik sinar-X dalam ruang dan pemegang sampel, serta mengurangkan kerosakan dan/atau pengoksidaan sampel. Spektrum karbon K-edge NEXAFS dijana daripada data bertindan menggunakan perisian aXis2000 dan perisian pemprosesan data STXM proprietari. Ambil perhatian bahawa bekas pemindahan sampel dan kotak sarung tangan digunakan untuk mengelakkan pengoksidaan dan pencemaran sampel.
Berikutan analisis STXM-NEXAFS, komposisi isotop hidrogen, karbon dan nitrogen bagi hirisan Ryugu FIB telah dianalisis menggunakan pengimejan isotop dengan JAMSTEC NanoSIMS 50L. Pancaran primer Cs+ yang difokuskan kira-kira 2 pA untuk analisis isotop karbon dan nitrogen dan kira-kira 13 pA untuk analisis isotop hidrogen telah dirasterkan di kawasan seluas kira-kira 24 × 24 µm2 hingga 30 × 30 µm2 pada sampel. Selepas prasemburan selama 3 minit pada arus pancaran primer yang agak kuat, setiap analisis dimulakan selepas penstabilan keamatan pancaran sekunder. Untuk analisis isotop karbon dan nitrogen, imej 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– dan 12C15N– telah diperoleh secara serentak menggunakan pengesanan multipleks tujuh pengganda elektron dengan resolusi jisim kira-kira 9000, yang mencukupi untuk memisahkan semua sebatian isotop yang berkaitan. gangguan (iaitu 12C1H pada 13C dan 13C14N pada 12C15N). Untuk analisis isotop hidrogen, imej 1H-, 2D- dan 12C- telah diperoleh dengan resolusi jisim kira-kira 3000 dengan pengesanan berganda menggunakan tiga pengganda elektron. Setiap analisis terdiri daripada 30 imej yang diimbas bagi kawasan yang sama, dengan satu imej yang terdiri daripada 256 × 256 piksel untuk analisis isotop karbon dan nitrogen dan 128 × 128 piksel untuk analisis isotop hidrogen. Masa tunda ialah 3000 µs setiap piksel untuk analisis isotop karbon dan nitrogen dan 5000 µs setiap piksel untuk analisis isotop hidrogen. Kami telah menggunakan 1-hidroksibenzotriazol hidrat sebagai piawaian isotop hidrogen, karbon dan nitrogen untuk menentukur pecahan jisim instrumental45.
Untuk menentukan komposisi isotop silikon grafit prasolar dalam profil FIB C0068-25, kami menggunakan enam pengganda elektron dengan resolusi jisim kira-kira 9000. Imej-imej tersebut terdiri daripada 256 × 256 piksel dengan masa tunda 3000 µs setiap piksel. Kami menentukur instrumen pecahan jisim menggunakan wafer silikon sebagai piawai hidrogen, karbon dan isotop silikon.
Imej isotop telah diproses menggunakan perisian pengimejan NanoSIMS45 NASA. Data telah dibetulkan untuk masa mati pengganda elektron (44 ns) dan kesan ketibaan separa serentak. Penjajaran imbasan yang berbeza untuk setiap imej bagi membetulkan hanyutan imej semasa pemerolehan. Imej isotop akhir dihasilkan dengan menambah ion sekunder daripada setiap imej untuk setiap piksel imbasan.
Selepas analisis STXM-NEXAFS dan NanoSIMS, bahagian FIB yang sama telah diperiksa menggunakan mikroskop elektron penghantaran (JEOL JEM-ARM200F) pada voltan pecutan 200 kV di Kochi, JAMSTEC. Mikrostruktur telah diperhatikan menggunakan TEM medan terang dan TEM pengimbasan sudut tinggi dalam medan gelap. Fasa mineral telah dikenal pasti melalui pembelauan elektron bintik dan pengimejan jalur kekisi, dan analisis kimia telah dilakukan oleh EDS dengan pengesan hanyutan silikon 100 mm2 dan perisian JEOL Analysis Station 4.30. Untuk analisis kuantitatif, keamatan sinar-X ciri bagi setiap elemen telah diukur dalam mod pengimbasan TEM dengan masa pemerolehan data tetap selama 30 s, kawasan pengimbasan pancaran ~100 × 100 nm2, dan arus pancaran sebanyak 50 pA. Nisbah (Si + Al)-Mg-Fe dalam silikat berlapis telah ditentukan menggunakan pekali eksperimen k, yang dibetulkan untuk ketebalan, yang diperoleh daripada piawaian piropagarnet semula jadi.
Semua imej dan analisis yang digunakan dalam kajian ini boleh didapati di Sistem Pengarkiban dan Komunikasi Data JAXA (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Artikel ini menyediakan data asal.
Kitari, K. dkk. Komposisi permukaan asteroid 162173 Ryugu seperti yang diperhatikan oleh instrumen Hayabusa2 NIRS3. Sains 364, 272–275.
Kim, AJ Kondrit karbon jenis Yamato (CY): analog permukaan asteroid Ryugu? Geokimia 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al. Analisis komposisi pertama sampel Ryugu dilakukan menggunakan mikroskop hiperspektral MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. dkk. Analisis awal sampel Hyabusa2 yang dikembalikan daripada asteroid jenis-C Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).