Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju). Medtem bomo za zagotovitev nadaljnje podpore spletno mesto prikazali brez slogov in JavaScripta.
Hlapni in bogati z organskimi snovmi, asteroidi tipa C so morda eden glavnih virov vode na Zemlji. Trenutno hondriti, ki vsebujejo ogljik, dajejo najboljšo predstavo o njihovi kemični sestavi, vendar so informacije o meteoritih popačene: le najbolj trpežne vrste preživijo vstop v atmosfero in nato interakcijo z zemeljskim okoljem. Tukaj predstavljamo rezultate podrobne volumetrične in mikroanalitične študije primarnega delca Ryugu, ki ga je na Zemljo dostavilo vesoljsko plovilo Hayabusa-2. Delci Ryugu se po sestavi zelo ujemajo s kemično nefrakcioniranimi, a z vodo spremenjenimi hondriti CI (tipa Iwuna), ki se pogosto uporabljajo kot indikator celotne sestave Osončja. Ta vzorec kaže kompleksen prostorski odnos med bogatimi alifatskimi organskimi snovmi in plastovitimi silikati ter kaže najvišjo temperaturo okoli 30 °C med vodno erozijo. Našli smo obilico devterija in diazonija, kar je skladno z zunajosončnim izvorom. Delci Ryugu so najbolj nekontaminiran in neločljiv tujeroden material, kar jih je bilo kdaj preučevanih, in se najbolje ujemajo s celotno sestavo Osončja.
Od junija 2018 do novembra 2019 je vesoljsko plovilo Hayabusa2 Japonske agencije za raziskovanje vesolja (JAXA) izvedlo obsežen daljinski pregled asteroida Ryugu. Podatki iz bližnjega infrardečega spektrometra (NIRS3) na Hayabusa-2 kažejo, da je Ryugu morda sestavljen iz materiala, podobnega termično in/ali udarno metamorfnim ogljikovim hondritom. Najbližji primer je CY hondrit (tip Yamato) 2. Nizek albedo Ryuguja je mogoče pojasniti s prisotnostjo velikega števila komponent, bogatih z ogljikom, pa tudi z velikostjo delcev, poroznostjo in prostorskimi učinki preperevanja. Vesoljsko plovilo Hayabusa-2 je na Ryugi izvedlo dva pristanka in odvzem vzorcev. Med prvim pristankom 21. februarja 2019 je bil pridobljen površinski material, ki je bil shranjen v predelku A povratne kapsule, med drugim pristankom 11. julija 2019 pa je bil material zbran v bližini umetnega kraterja, ki ga je oblikoval majhen prenosni udarni element. Ti vzorci so shranjeni v oddelku C. Začetna nedestruktivna karakterizacija delcev v 1. fazi v posebnih, nekontaminiranih in s čistim dušikom napolnjenih komorah v objektih, ki jih upravlja JAXA, je pokazala, da so delci Ryuguja najbolj podobni hondritom CI4 in kažejo »različne stopnje variacij«3. Na videz protislovno klasifikacijo Ryuguja, ki je podoben hondritom CY ali CI, je mogoče razrešiti le s podrobno izotopsko, elementarno in mineraloško karakterizacijo delcev Ryuguja. Rezultati, predstavljeni tukaj, zagotavljajo trdno podlago za določitev, katera od teh dveh predhodnih razlag za celotno sestavo asteroida Ryugu je najverjetnejša.
Osem peletov Ryugu (skupaj približno 60 mg), štiri iz komore A in štiri iz komore C, je bilo dodeljenih 2. fazi za vodenje ekipe Kochi. Glavni cilj študije je razjasniti naravo, izvor in evolucijsko zgodovino asteroida Ryugu ter dokumentirati podobnosti in razlike z drugimi znanimi nezemeljskimi primerki, kot so hondriti, medplanetarni prašni delci (IDP) in vračajoči se kometi. Vzorce je zbrala misija Nase Stardust.
Podrobna mineraloška analiza petih zrn Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 in C0068) je pokazala, da so sestavljena predvsem iz drobnozrnih in grobozrnih filosilikatov (~64–88 vol. %; slika 1a, b, dopolnilna slika 1) in dodatna tabela 1). Grobozrnati filosilikati se pojavljajo kot pernati agregati (velikosti do nekaj deset mikronov) v drobnozrnih, s filosilikati bogatih matricah (velikosti manj kot nekaj mikronov). Plastoviti silikatni delci so serpentinsko-saponitni simbionti (slika 1c). Zemljevid (Si + Al)-Mg-Fe prav tako kaže, da ima večplastna silikatna matrica vmesno sestavo med serpentinom in saponitom (slika 2a, b). Filosilikatna matrica vsebuje karbonatne minerale (~2–21 vol. %), sulfidne minerale (~2,4–5,5 vol. %) in magnetit (~3,6–6,8 vol. %). Eden od delcev, pregledanih v tej študiji (C0009), je vseboval majhno količino (~0,5 vol. %) brezvodnih silikatov (olivin in piroksen), kar lahko pomaga pri identifikaciji izvornega materiala, iz katerega je bil sestavljen surovi kamen Ryugu5. Ta brezvodni silikat je v peletih Ryugu redek in je bil pozitivno identificiran le v peleti C0009. Karbonati so v matriki prisotni kot fragmenti (manj kot nekaj sto mikronov), večinoma dolomit, z majhnimi količinami kalcijevega karbonata in brinela. Magnetit se pojavlja kot izolirani delci, framboidi, plošče ali sferični agregati. Sulfide predstavlja predvsem pirotin v obliki nepravilnih šesterokotnih prizem/plošč ali letvic. Matrica vsebuje veliko količino submikronskega pentlandita ali v kombinaciji s pirotitom. Faze, bogate z ogljikom (velikosti <10 µm), se pojavljajo povsod v matriksu, bogatem s filosilikati. Faze, bogate z ogljikom (velikosti <10 µm), se pojavljajo povsod v matriksu, bogatem s filosilikati. Bogate faze ogljikovega dioksida (razmer <10 mkm) se nahajajo vedno v bogati filosilikatami matrice. Faze, bogate z ogljikom (velikosti <10 µm), se pojavljajo povsod v matriksu, bogatem s filosilikati.富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。富含碳的相（尺寸<10 µm）普遍存在于富含层状硅酸盐的基质中。 Bogate faze ogljikovega dioksida (razmer <10 mkm) prevladujejo v bogati filosilikatami matrice. V matriksu, bogatem s filosilikati, prevladujejo faze, bogate z ogljikom (velikosti <10 µm).Drugi pomožni minerali so prikazani v dodatni tabeli 1. Seznam mineralov, določenih iz rentgenskega difrakcijskega vzorca mešanice C0087 in A0029 ter A0037, je zelo skladen s seznamom, določenim v hondritu CI (Orgueil), vendar se močno razlikuje od hondritov CY in CM (tip Mighei) (slika 1 z razširjenimi podatki in dodatna slika 2). Skupna vsebnost elementov v zrnih Ryugu (A0098, C0068) je prav tako skladna s hondritom 6 CI (razširjeni podatki, slika 2 in dodatna tabela 2). Nasprotno pa so hondriti CM osiromašeni z zmerno in zelo hlapnimi elementi, zlasti Mn in Zn, ter z večjo vsebnostjo ognjevzdržnih elementov7. Koncentracije nekaterih elementov se zelo razlikujejo, kar je lahko odraz inherentne heterogenosti vzorca zaradi majhnosti posameznih delcev in posledične pristranskosti vzorčenja. Vse petrološke, mineraloške in elementarne značilnosti kažejo, da so zrna Ryugu zelo podobna hondritom CI8, 9, 10. Pomembna izjema je odsotnost ferihidrita in sulfata v zrnih Ryugu, kar kaže na to, da so ti minerali v hondritih CI nastali zaradi zemeljskega preperevanja.
a, Sestavljena rentgenska slika suho poliranega prereza C0068 z MgKα (rdeča), CaKα (zelena), FeKα (modra) in SKα (rumena). Frakcija je sestavljena iz plastovitih silikatov (rdeča: ~88 vol. %), karbonatov (dolomit; svetlo zelena: ~1,6 vol. %), magnetita (modra: ~5,3 vol. %) in sulfidov (rumena: sulfid = ~2,5 vol. %). b, slika konturnega območja v povratno sipanih elektronih na a. Bru – nezrel; Dole – dolomit; FeS je železov sulfid; Mag – magnetit; juice – milni kamen; Srp – serpentin. c, slika visokoločljivostne transmisijske elektronske mikroskopije (TEM) tipične prepletenosti saponita in serpentina, ki prikazuje serpentinske in saponitne mrežne pasove velikosti 0,7 nm oziroma 1,1 nm.
Sestava matrice in slojevitih silikatnih delcev (at %) Ryugu A0037 (polno rdeči krogi) in C0068 (polno modri krogi) je prikazana v ternarnem sistemu (Si+Al)-Mg-Fe. a, Rezultati elektronske mikroanalize (EPMA), prikazani glede na CI hondrite (Ivuna, Orgueil, Alais)16, prikazani sivo za primerjavo. b, Analiza s skenirajočim TEM (STEM) in energijsko disperzijsko rentgensko spektroskopijo (EDS) je prikazana za primerjavo z meteoriti Orgueil9 in Murchison46 ter hidriranim IDP47. Analizirani so bili drobnozrni in grobozrni filosilikati, pri čemer se je izognilo majhnim delcem železovega sulfida. Črtkane črte v a in b prikazujejo linije raztapljanja saponita in serpentina. Sestava, bogata z železom, v a je lahko posledica submikronskih zrn železovega sulfida znotraj slojevitih silikatnih zrn, česar ni mogoče izključiti s prostorsko ločljivostjo analize EPMA. Podatkovne točke z višjo vsebnostjo Si kot saponit v b so lahko posledica prisotnosti nanodelcev amorfnega silicijevega materiala, bogatega s silicijem, v vmesnih prostorih filosilikatne plasti. Število analiz: N=69 za A0037, N=68 za EPMA, N=68 za C0068, N=19 za A0037 in N=27 za C0068 za STEM-EDS. c, izotopski zemljevid trioksi delcev Ryugu C0014-4 v primerjavi z vrednostmi hondrita CI (Orgueil), CY (Y-82162) in literarnimi podatki (CM in C2-ung)41,48,49. Pridobili smo podatke za meteorita Orgueil in Y-82162. CCAM je linija brezvodnih ogljikovih hondritovih mineralov, TFL pa je kopenska ločnica. d, Δ17O in δ18O zemljevidi delcev Ryugu C0014-4, hondrita CI (Orgueil) in hondrita CY (Y-82162) (ta študija). Δ17O_Ryugu: Vrednost Δ17O C0014-1. Δ17O_Orgueil: Povprečna vrednost Δ17O za Orgueil. Δ17O_Y-82162: Povprečna vrednost Δ17O za Y-82162. Za primerjavo so prikazani tudi podatki CI in CY iz literature 41, 48, 49.
Analiza masnih izotopov kisika je bila izvedena na 1,83 mg vzorcu materiala, ekstrahiranega iz granularnega C0014 z laserskim fluoriranjem (Metode). Za primerjavo smo uporabili sedem kopij Orgueila (CI) (skupna masa = 8,96 mg) in sedem kopij Y-82162 (CY) (skupna masa = 5,11 mg) (dodatna tabela 3).
Na sliki 2d je prikazana jasna ločitev Δ17O in δ18O med povprečnimi težami delcev Orgueila in Ryuguja v primerjavi z Y-82162. Vrednost Δ17O delca Ryugu C0014-4 je višja od vrednosti delca Orgeila, kljub prekrivanju pri 2 sd. Delci Ryuguja imajo višje vrednosti Δ17O v primerjavi z Orgeilom, kar lahko odraža onesnaženost slednjega s kopnega od njegovega padca leta 1864. Preperevanje v kopenskem okolju11 nujno povzroči vključitev atmosferskega kisika, zaradi česar se celotna analiza približa kopenski frakcionacijski črti (TFL). Ta sklep je skladen z mineraloškimi podatki (o katerih smo razpravljali prej), da zrna Ryuguja ne vsebujejo hidratov ali sulfatov, medtem ko jih Orgeil vsebuje.
Na podlagi zgornjih mineraloških podatkov ti rezultati podpirajo povezavo med zrni Ryugu in hondriti CI, vendar izključujejo povezavo s hondriti CY. Dejstvo, da zrna Ryugu niso povezana s hondriti CY, ki kažejo jasne znake dehidracijske mineralogije, je zagonetno. Orbitalna opazovanja Ryuguja kažejo, da je bil dehidriran in je zato verjetno sestavljen iz materiala CY. Razlogi za to očitno razliko ostajajo nejasni. Analiza izotopov kisika drugih delcev Ryuguja je predstavljena v spremljevalnem članku 12. Vendar pa so rezultati tega razširjenega nabora podatkov skladni tudi z povezavo med delci Ryuguja in hondriti CI.
Z uporabo tehnik koordinirane mikroanalize (dodatna slika 3) smo preučili prostorsko porazdelitev organskega ogljika po celotni površini frakcije fokusiranega ionskega snopa (FIB) C0068.25 (sliki 3a–f). Rentgenski absorpcijski spektri fine strukture ogljika (NEXAFS) na bližnjem robu v odseku C0068.25 prikazujejo več funkcionalnih skupin – aromatske ali C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), C(=O)O (287,5 eV) in C(=O)O (288,8 eV) – grafenska struktura je pri 291,7 eV odsotna (slika 3a), kar pomeni nizko stopnjo toplotnih variacij. Močan vrh C0068.25 (287,5 eV) delnih organskih snovi C0068.25 se razlikuje od netopnih organskih snovi prej preučevanih ogljikovih hondritov in je bolj podoben IDP14 in kometnim delcem, ki jih je pridobila misija Stardust. Močan vrh CH pri 287,5 eV in zelo šibek aromatski ali C=C vrh pri 285,2 eV kažeta, da so organske spojine bogate z alifatskimi spojinami (slika 3a in dopolnilna slika 3a). Območja, bogata z alifatskimi organskimi spojinami, so lokalizirana v grobozrnatih filosilikatih, pa tudi na območjih s slabo aromatsko (ali C=C) ogljikovo strukturo (slika 3c,d). Nasprotno pa je A0037,22 (dodatna slika 3) delno pokazal nižjo vsebnost območij, bogatih z alifatskim ogljikom. Osnovna mineralogija teh zrn je bogata s karbonati, podobno kot hondrit CI 16, kar kaže na obsežno spremembo izvorne vode (dodatna tabela 1). Oksidacijski pogoji bodo spodbujali višje koncentracije karbonilnih in karboksilnih funkcionalnih skupin v organskih spojinah, povezanih s karbonati. Submikronska porazdelitev organskih snovi z alifatskimi ogljikovimi strukturami se lahko zelo razlikuje od porazdelitve grobozrnatih slojevitih silikatov. V meteoritu Tagish Lake so našli sledi alifatskih organskih spojin, povezanih s filosilikatom-OH. Usklajeni mikroanalitični podatki kažejo, da je organska snov, bogata z alifatskimi spojinami, lahko razširjena v asteroidih tipa C in tesno povezana s filosilikati. Ta sklep je skladen s prejšnjimi poročili o alifatskih/aromatskih CH v delcih Ryugu, ki jih je pokazal MicroOmega, hiperspektralni mikroskop bližnje infrardeče svetlobe. Pomembno in nerešeno vprašanje je, ali edinstvene lastnosti alifatskih organskih spojin, bogatih z ogljikom, povezanih z grobozrnatimi filosilikati, opažene v tej študiji, najdemo le na asteroidu Ryugu.
a, NEXAFS ogljikovi spektri, normalizirani na 292 eV v aromatskem (C=C) bogatem območju (rdeča), v alifatskem bogatem območju (zelena) in v matriksu (modra). Siva črta je Murchisonov 13 netopni organski spekter za primerjavo. au, arbitražna enota. b, spektralna slika K-roba ogljika, pridobljena z rentgensko mikroskopijo (STXM), ki kaže, da v odseku prevladuje ogljik. c, sestavljeni diagram RGB z aromatskimi (C=C) bogatimi območji (rdeča), alifatskimi bogatimi območji (zelena) in matriksom (modra). d, organske snovi, bogate z alifatskimi spojinami, so koncentrirane v grobozrnatem filosilikatu, območje je povečano iz belih pikčastih okvirjev v b in c. e, velike nanosfere (ng-1) na območju, povečanem iz belega pikčastega okvirja v b in c. Za: pirotit. Pn: nikelj-kromit. f, Nanoskalna sekundarna ionska masna spektrometrija (NanoSIMS), elementarne slike vodika (1H), ogljika (12C) in dušika (12C14N), slike razmerja elementov 12C/1H in navzkrižne izotopske slike δD, δ13C in δ15N – Oddelek PG-1: predsončni grafit z ekstremno obogatitvijo z 13C (dodatna tabela 4).
Kinetične študije razgradnje organske snovi v meteoritih Murchison lahko zagotovijo pomembne informacije o heterogeni porazdelitvi alifatske organske snovi, bogate z zrni Ryugu. Ta študija kaže, da alifatske vezi CH v organski snovi vztrajajo do najvišje temperature približno 30 °C pri matični kamnini in/ali se spreminjajo s časovno-temperaturnimi razmerji (npr. 200 let pri 100 °C in 0 °C 100 milijonov let). Če predhodnika ne segrevamo pri dani temperaturi dlje kot določen čas, se lahko ohrani prvotna porazdelitev alifatskih organskih snovi, bogatih s filosilikati. Vendar pa lahko spremembe vode v izvorni kamnini otežijo to razlago, saj A0037, bogat s karbonati, ne kaže nobenih alifatskih območij, bogatih z ogljikom, povezanih s filosilikati. Ta nizka temperaturna sprememba približno ustreza prisotnosti kubičnega glinenca v zrnih Ryugu (dodatna tabela 1) 20.
Frakcija C0068.25 (ng-1; sl. 3a–c,e) vsebuje veliko nanosfero, ki kaže zelo aromatske (ali C=C), zmerno alifatske in šibke spektre C(=O)O in C=O. Podpis alifatskega ogljika se ne ujema z podpisom v razsutem stanju netopnih organskih snovi in ​​organskih nanosfer, povezanih s hondriti (sl. 3a) 17,21. Ramanska in infrardeča spektroskopska analiza nanosfer v jezeru Tagish je pokazala, da so sestavljene iz alifatskih in oksidiranih organskih spojin ter neurejenih policikličnih aromatskih organskih spojin s kompleksno strukturo 22,23. Ker okoliška matrica vsebuje organske snovi, bogate z alifatskimi spojinami, je lahko podpis alifatskega ogljika v ng-1 analitični artefakt. Zanimivo je, da ng-1 vsebuje vgrajene amorfne silikate (sl. 3e), teksturo, ki še ni bila opisana za nobeno zunajzemeljsko organsko snov. Amorfni silikati so lahko naravne sestavine ng-1 ali pa nastanejo zaradi amorfizacije vodnih/brezvodnih silikatov z ionskim in/ali elektronskim žarkom med analizo.
NanoSIMS ionske slike odseka C0068.25 (slika 3f) kažejo enakomerne spremembe δ13C in δ15N, razen predosončnih zrn z veliko obogatitvijo z 13C, ki znaša 30.811 ‰ (PG-1 na sliki δ13C na sliki 3f) (dodatna tabela 4). Rentgenske slike elementarnih zrn in visokoločljivostne TEM slike prikazujejo le koncentracijo ogljika in razdaljo med bazalnima ravninama 0,3 nm, kar ustreza grafitu. Omeniti velja, da se vrednosti δD (841 ± 394 ‰) in δ15N (169 ± 95 ‰), obogatene z alifatsko organsko snovjo, povezano z grobozrnatimi filosilikati, izkažejo za nekoliko višje od povprečja za celotno območje C (δD = 528 ± 139 ‰). ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) v C0068.25 (dodatna tabela 4). To opažanje kaže, da so lahko alifatsko bogate organske snovi v grobozrnatih filosilikatih bolj primitivne kot okoliške organske snovi, saj so slednje morda doživele izotopsko izmenjavo z okoliško vodo v prvotnem telesu. Druga možnost je, da so te izotopske spremembe lahko povezane tudi z začetnim procesom nastajanja. Razlaga se, da so drobnozrnati plastoviti silikati v CI hondritih nastali kot posledica nenehnega spreminjanja prvotnih grobozrnatih brezvodnih silikatnih grozdov. Alifatsko bogate organske snovi so se morda oblikovale iz predhodnih molekul v protoplanetarnem disku ali medzvezdnem mediju pred nastankom Osončja, nato pa so se nekoliko spremenile med menjavo vode v matičnem telesu Ryugu (velikem). Velikost Ryuguja (<1,0 km) je premajhna, da bi zadostno vzdrževala notranjo toploto za vodno spremembo, ki bi tvorila vodne minerale25. Velikost Ryuguja (<1,0 km) je premajhna, da bi vzdrževala zadostno notranjo toploto za vodno spremembo, ki bi tvorila vodne minerale25. Velikost (<1,0 km) Preveč majhna, da podpira dovolj notranje toplote za vodne spremembe z nastajanjem vodnih mineralov25. Velikost (<1,0 km) Ryugu je premajhen, da bi vzdrževal zadostno notranjo toploto za spremembo vode in tvorbo vodnih mineralov25. 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。 Velikost Rjugu (<1,0 km) je preveč majhna, da bi podpirala notranjo toploto za spreminjanje vode z nastajanjem vodnih mineralov25. Velikost Ryuguja (<1,0 km) je premajhna, da bi podpirala notranjo toploto za pretvorbo vode v vodne minerale25.Zato bodo morda potrebni predhodniki meteorita Ryugu, veliki več deset kilometrov. Organska snov, bogata z alifatskimi spojinami, lahko ohrani svoja prvotna izotopska razmerja zaradi povezave z grobozrnatimi filosilikati. Vendar pa natančna narava izotopskih težkih nosilcev ostaja negotova zaradi kompleksnega in občutljivega mešanja različnih komponent v teh frakcijah FIB. To so lahko organske snovi, bogate z alifatskimi spojinami, v granulah Ryugu ali grobi filosilikati, ki jih obdajajo. Upoštevajte, da je organska snov v skoraj vseh ogljikovih hondritih (vključno s hondriti CI) običajno bogatejša z D kot v filosilikatih, z izjemo meteoritov CM Paris 24, 26.
Diagrami volumna δD in δ15N rezin FIB, pridobljenih za rezine FIB A0002.23 in A0002.26, A0037.22 in A0037.23 ter C0068.23, C0068.25 in C0068.26 (skupaj sedem rezin FIB iz treh delcev Ryugu). Primerjava NanoSIMS z drugimi objekti Osončja je prikazana na sliki 4 (dodatna tabela 4)27,28. Spremembe volumna δD in δ15N v profilih A0002, A0037 in C0068 so skladne s tistimi v IDP, vendar višje kot v hondritih CM in CI (slika 4). Upoštevajte, da je razpon vrednosti δD za vzorec kometa 29 (-240 do 1655 ‰) večji kot pri Ryugu. Volumna δD in δ15N profilov Ryugyu sta praviloma manjša od povprečja za komete iz družine Jupitra in Oortovega oblaka (slika 4). Nižje vrednosti δD ​​hondritov CI lahko odražajo vpliv zemeljske kontaminacije v teh vzorcih. Glede na podobnosti med Bells, jezerom Tagish in IDP lahko velika heterogenost vrednosti δD in δN ​​v delcih Ryugu odraža spremembe v začetnih izotopskih podpisih organskih in vodnih sestav v zgodnjem Osončju. Podobne izotopske spremembe δD in δN v delcih Ryugu in IDP kažejo, da bi se oba lahko oblikovala iz materiala iz istega vira. Domneva se, da IDP izvirajo iz kometnih virov 14. Zato lahko Ryugu vsebuje kometom podoben material in/ali vsaj iz zunanjega Osončja. Vendar pa je to morda težje, kot navajamo tukaj, zaradi (1) mešanice sferulitne in z D bogate vode na matičnem telesu 31 in (2) razmerja D/H kometa kot funkcije kometne aktivnosti 32. Vendar pa razlogi za opaženo heterogenost izotopov vodika in dušika v delcih Ryugu niso popolnoma razumljeni, deloma zaradi omejenega števila analiz, ki so danes na voljo. Rezultati sistemov izotopov vodika in dušika še vedno kažejo na možnost, da Ryugu vsebuje večino materiala izven Osončja in zato lahko kaže nekaj podobnosti s kometi. Profil Ryugu ni pokazal očitne korelacije med δ13C in δ15N (dodatna tabela 4).
Celotna izotopska sestava H in N delcev Ryugu (rdeči krogi: A0002, A0037; modri krogi: C0068) se ujema s solarno magnitudo 27, družino Jupitrovih kometov (JFC27) in kometi Oortovega oblaka (OCC27), IDP28 in ogljikovimi hondrulami. Primerjava meteorita 27 (CI, CM, CR, C2-ung). Izotopska sestava je podana v dodatni tabeli 4. Črtkane črte predstavljajo zemeljske izotopske vrednosti za H in N.
Prenos hlapnih snovi (npr. organskih snovi in ​​vode) na Zemljo ostaja zaskrbljujoč26,27,33. Submikronska organska snov, povezana z grobimi filosilikati v delcih Ryugu, identificiranih v tej študiji, je lahko pomemben vir hlapnih snovi. Organska snov v grobozrnatih filosilikatih je bolje zaščitena pred razgradnjo16,34 in razpadom35 kot organska snov v drobnozrnatih matricah. Zaradi težje izotopske sestave vodika v delcih je malo verjetno, da bi bili edini vir hlapnih snovi, ki so bile prenesene na zgodnjo Zemljo. Lahko se mešajo s komponentami z lažjo izotopsko sestavo vodika, kot je bilo nedavno predlagano v hipotezi o prisotnosti vode, ki jo poganja sončni veter, v silikatih.
V tej študiji dokazujemo, da so meteoriti CI kljub svojemu geokemičnemu pomenu kot predstavniki celotne sestave osončja,6,10 zemeljsko kontaminirani vzorci. Prav tako ponujamo neposredne dokaze o interakcijah med bogato alifatsko organsko snovjo in sosednjimi vodnimi minerali ter nakazujemo, da bi Ryugu lahko vseboval ekstrasolarni material37. Rezultati te študije jasno kažejo na pomen neposrednega vzorčenja protoasteroidov in potrebo po transportu vrnjenih vzorcev v popolnoma inertnih in sterilnih pogojih. Predstavljeni dokazi kažejo, da so delci Ryugu nedvomno eden najbolj nekontaminiranih materialov osončja, ki so na voljo za laboratorijske raziskave, in nadaljnje preučevanje teh dragocenih vzorcev bo nedvomno razširilo naše razumevanje zgodnjih procesov osončja. Delci Ryugu so najboljši prikaz celotne sestave osončja.
Za določitev kompleksne mikrostrukture in kemijskih lastnosti vzorcev submikronske velikosti smo uporabili sinhrotronsko sevalno računalniško tomografijo (SR-XCT) in SR rentgensko difrakcijo (XRD)-CT, analizo FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM. Brez degradacije, onesnaženja zaradi zemeljske atmosfere in brez poškodb zaradi drobnih delcev ali mehanskih vzorcev. Medtem smo izvedli sistematično volumetrično analizo z uporabo vrstične elektronske mikroskopije (SEM)-EDS, EPMA, XRD, instrumentalne nevtronske aktivacijske analize (INAA) in opreme za lasersko fluoriranje izotopov kisika. Postopki analize so prikazani na dodatni sliki 3, vsaka analiza pa je opisana v naslednjih razdelkih.
Delci asteroida Ryugu so bili pridobljeni iz modula za ponovni vstop Hayabusa-2 in dostavljeni v nadzorni center JAXA v Sagamihari na Japonskem, ne da bi pri tem onesnažili Zemljino atmosfero4. Po začetni in nedestruktivni karakterizaciji v objektu, ki ga upravlja JAXA, uporabite zatesnjene posode za prenos med lokacijami in vrečke za vzorčne kapsule (safirno steklo s premerom 10 ali 15 mm in nerjaveče jeklo, odvisno od velikosti vzorca), da se izognete motnjam v okolju. onesnaževalci iz tal in/ali tal (npr. vodna para, ogljikovodiki, atmosferski plini in drobni delci) ter navzkrižni kontaminaciji med vzorci med pripravo vzorcev in transportom med inštituti in univerzami38. Da bi se izognili degradaciji in onesnaženju zaradi interakcije z zemeljsko atmosfero (vodna para in kisik), so bile vse vrste priprave vzorcev (vključno z drobljenjem s tantalovim dletom, uporabo uravnotežene diamantne žage (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) in rezanjem epoksidne smole) (priprava za namestitev) izvedene v predalu za rokavice pod čistim suhim N2 (rosišče: -80 do -60 °C, O2 ~50-100 ppm). Vsi predmeti, ki se tukaj uporabljajo, so očiščeni s kombinacijo ultračiste vode in etanola z uporabo ultrazvočnih valov različnih frekvenc.
Tukaj preučujemo zbirko meteoritov Nacionalnega polarnega raziskovalnega inštituta (NIPR) Antarktične raziskovalne baze meteoritov (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 in CY: Y 980115).
Za prenos med instrumenti za analizo SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS in TEM smo uporabili univerzalni ultratanki nosilec vzorcev, opisan v prejšnjih študijah38.
Analiza SR-XCT vzorcev Ryugu je bila izvedena z uporabo integriranega CT sistema BL20XU/SPring-8. Integrirani CT sistem je sestavljen iz različnih načinov merjenja: široko vidno polje in način nizke ločljivosti (WL) za zajem celotne strukture vzorca, ozko vidno polje in način visoke ločljivosti (NH) za natančno merjenje površine vzorca, zanimivih in rentgenskih slik za pridobitev difrakcijskega vzorca prostornine vzorca ter izvedba XRD-CT za pridobitev 2D-diagrama mineralnih faz v horizontalni ravnini v vzorcu. Upoštevajte, da je mogoče vse meritve izvesti brez uporabe vgrajenega sistema za odstranitev držala vzorca s podstavka, kar omogoča natančne CT in XRD-CT meritve. Rentgenski detektor v načinu WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) je bil opremljen z dodatno kamero CMOS (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) z ločljivostjo 4608 × 4608 slikovnih pik s scintilatorjem, sestavljenim iz monokristala lutecijevega aluminijevega granata debeline 10 µm (Lu3Al5O12:Ce) in relejne leče. Velikost slikovne pike v načinu WL je približno 0,848 µm. Tako je vidno polje (FOV) v načinu WL približno 6 mm v načinu offset CT. Rentgenski detektor v NH načinu (BM AA50; Hamamatsu Photonics) je bil opremljen z 20 µm debelim scintilatorjem iz gadolinijevo-aluminijevo-galijevega granata (Gd3Al2Ga3O12), CMOS kamero (C11440-22CU) z ločljivostjo 2048 × 2048 slikovnih pik; Hamamatsu Photonics) in lečo ×20. Velikost slikovnih pik v NH načinu je ~0,25 µm, vidno polje pa ~0,5 mm. Detektor za XRD način (BM AA60; Hamamatsu Photonics) je bil opremljen s scintilatorjem, ki je sestavljen iz 50 µm debelega praškastega zaslona P43 (Gd2O2S:Tb), CMOS kamere z ločljivostjo 2304 × 2304 slikovnih pik (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) in relejne leče. Detektor ima efektivno velikost slikovne pike 19,05 µm in vidno polje 43,9 mm2. Za povečanje vidnega polja (FOV) smo uporabili postopek offset CT v načinu WL. Slika v prepuščeni svetlobi za CT rekonstrukcijo je sestavljena iz slike v območju od 180° do 360°, odbite vodoravno okoli osi vrtenja, in slike v območju od 0° do 180°.
V načinu XRD se rentgenski žarek fokusira s Fresnelovo consko ploščo. V tem načinu je detektor nameščen 110 mm za vzorcem, zaustavitev žarka pa je 3 mm pred detektorjem. Difrakcijske slike v območju 2θ od 1,43° do 18,00° (razmak rešetke d = 16,6–1,32 Å) so bile pridobljene z rentgensko pego, fokusirano na dnu vidnega polja detektorja. Vzorec se premika navpično v enakomernih intervalih, s pol obrata za vsak korak navpičnega skeniranja. Če mineralni delci izpolnjujejo Braggov pogoj, ko so zasukani za 180°, je mogoče dobiti difrakcijo mineralnih delcev v vodoravni ravnini. Difrakcijske slike so bile nato združene v eno sliko za vsak korak navpičnega skeniranja. Pogoji analize SR-XRD-CT so skoraj enaki kot pri analizi SR-XRD. V načinu XRD-CT je detektor nameščen 69 mm za vzorcem. Difrakcijske slike v območju 2θ segajo od 1,2° do 17,68° (d = 19,73 do 1,35 Å), kjer sta tako rentgenski žarek kot omejevalnik žarka poravnana s središčem vidnega polja detektorja. Vzorec skenirajte vodoravno in ga zavrtite za 180°. Slike SR-XRD-CT so bile rekonstruirane z najvišjimi intenzivnostmi mineralov kot vrednostmi slikovnih pik. Pri vodoravnem skeniranju se vzorec običajno skenira v 500–1000 korakih.
Za vse poskuse je bila energija rentgenskih žarkov fiksno določena na 30 keV, saj je to spodnja meja prodiranja rentgenskih žarkov v meteorite s premerom približno 6 mm. Število slik, pridobljenih za vse CT meritve med rotacijo 180°, je bilo 1800 (3600 za program offset CT), čas osvetlitve slik pa je bil 100 ms za način WL, 300 ms za način NH, 500 ms za XRD in 50 ms za XRD-CT. Tipični čas skeniranja vzorca je približno 10 minut v načinu WL, 15 minut v načinu NH, 3 ure za XRD in 8 ur za SR-XRD-CT.
CT-slike so bile rekonstruirane s konvolucijsko povratno projekcijo in normalizirane za linearni koeficient slabljenja od 0 do 80 cm-1. Za analizo 3D-podatkov je bila uporabljena programska oprema Slice, za analizo rentgenskih difrakcijskih podatkov pa programska oprema muXRD.
Z epoksi smolo fiksirani delci Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 in C0068) so bili postopoma polirani na površini do ravni 0,5 µm (3M) diamantnega lapnega filma v suhih pogojih, pri čemer se je preprečil stik materiala s površino med postopkom poliranja. Polirana površina vsakega vzorca je bila najprej pregledana s svetlobno mikroskopijo, nato pa so bili odsevani elektroni, da bi dobili mineraloške in teksturne slike (BSE) vzorcev ter kvalitativne NIPR elemente z uporabo JEOL JSM-7100F SEM, opremljenega z energijsko disperzijskim spektrometrom (AZtec). energijska slika. Za vsak vzorec je bila vsebnost glavnih in stranskih elementov analizirana z uporabo elektronskega mikroanalizatorja (EPMA, JEOL JXA-8200). Analizirajte filosilikatne in karbonatne delce pri 5 nA, naravne in sintetične standarde pri 15 keV, sulfide, magnetit, olivin in piroksen pri 30 nA. Modalne stopnje so bile izračunane iz kart elementov in slik BSE z uporabo programske opreme ImageJ 1.53 z ustreznimi pragovi, poljubno določenimi za vsak mineral.
Analiza izotopov kisika je bila izvedena na Odprti univerzi (Milton Keynes, Združeno kraljestvo) z uporabo infrardečega laserskega fluorirnega sistema. Vzorci Hayabusa2 so bili na Odprto univerzo 38 dostavljeni v posodah, napolnjenih z dušikom, za prenos med ustanovami.
Vzorec je bil naložen v dušikovi rokavični komori z nadzorovano ravnijo kisika pod 0,1 %. Za analitično delo s Hayabusa2 je bil izdelan nov nosilec vzorcev Ni, ki je sestavljen le iz dveh odprtin za vzorec (premer 2,5 mm, globina 5 mm), ene za delce Hayabusa2 in druge za interni standard obsidiana. Med analizo je bil vzorčni vdolbinica z materialom Hayabusa2 prekrita z notranjim oknom BaF2 debeline približno 1 mm in premera 3 mm, da je vzorec zadržalo med lasersko reakcijo. Pretok BrF5 do vzorca je bil vzdrževan s kanalom za mešanje plinov, izrezanim v nosilcu vzorcev Ni. Vzorčna komora je bila prav tako preoblikovana tako, da jo je bilo mogoče odstraniti iz vakuumske fluorirne linije in nato odpreti v rokavični komori, napolnjeni z dušikom. Dvodelna komora je bila zatesnjena z bakrenim tesnilom in verižno sponko EVAC Quick Release CeFIX 38. 3 mm debelo okno BaF2 na vrhu komore omogoča hkratno opazovanje vzorca in laserskega segrevanja. Po nalaganju vzorca komoro ponovno spnite in jo ponovno priključite na fluorirano linijo. Pred analizo smo vzorčno komoro čez noč segreli v vakuumu na približno 95 °C, da smo odstranili morebitno adsorbirano vlago. Po segrevanju čez noč smo komoro ohladili na sobno temperaturo, nato pa smo del, ki je bil med prenosom vzorca izpostavljen atmosferi, prečistili s tremi alikvoti BrF5, da smo odstranili vlago. Ti postopki zagotavljajo, da vzorec Hayabusa 2 ni izpostavljen atmosferi in da ga ne kontaminira vlaga iz dela fluorirane cevi, ki se med nalaganjem vzorca odvaja v atmosfero.
Vzorca delcev Ryugu C0014-4 in Orgueil (CI) sta bila analizirana v spremenjenem »enojnem« načinu42, medtem ko je bila analiza Y-82162 (CY) izvedena na enem samem pladnju z več vzorčnimi vdolbinicami41. Zaradi njihove brezvodne sestave ni treba uporabiti ene same metode za CY hondrite. Vzorce smo segreli z infrardečim CO2 laserjem Photon Machines Inc. z močjo 50 W (10,6 µm), nameščenim na XYZ portalu v prisotnosti BrF5. Vgrajeni video sistem spremlja potek reakcije. Po fluoriranju smo sproščeni O2 očistili z dvema kriogenima dušikovima pastmama in ogrevano plastjo KBr, da smo odstranili morebiten presežek fluora. Izotopska sestava prečiščenega kisika je bila analizirana na dvokanalnem masnem spektrometru Thermo Fisher MAT 253 z masno ločljivostjo približno 200.
V nekaterih primerih je bila količina plinastega O2, sproščenega med reakcijo vzorca, manjša od 140 µg, kar je približna meja uporabe meha na masnem spektrometru MAT 253. V teh primerih za analizo uporabite mikrovolumne. Po analizi delcev Hayabusa2 je bil interni standard obsidiana fluoriran in določena je bila njegova izotopska sestava kisika.
Ioni fragmenta NF+ NF3+ motijo ​​žarek z maso 33 (16O17O). Da bi odpravili to morebitno težavo, se večina vzorcev obdela s postopki kriogenega ločevanja. To se lahko izvede v smeri naprej pred analizo MAT 253 ali kot druga analiza z vrnitvijo analiziranega plina nazaj v posebno molekularno sito in ponovnim prehodom po kriogenem ločevanju. Kriogeno ločevanje vključuje dovajanje plina v molekularno sito pri temperaturi tekočega dušika in nato njegovo izpust v primarno molekularno sito pri temperaturi -130 °C. Obsežno testiranje je pokazalo, da NF+ ostane na prvem molekularnem situ in da pri tej metodi ne pride do pomembnega frakcioniranja.
Na podlagi ponavljajočih se analiz naših internih obsidianskih standardov je skupna natančnost sistema v načinu meha: ±0,053 ‰ za δ17O, ±0,095 ‰ za δ18O, ±0,018 ‰ za Δ17O (2 sd). Analiza izotopov kisika je podana v standardni delta notaciji, kjer se delta18O izračuna kot:
Za δ17O uporabite tudi razmerje 17O/16O. VSMOW je mednarodni standard za Dunajski standard za morsko vodo (MSS). Δ17O predstavlja odstopanje od frakcionacijske črte Zemlje, formula za izračun pa je: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O. Vsi podatki, predstavljeni v dodatni tabeli 3, so bili prilagojeni glede na vrzel.
Iz delcev Ryugu so bili z uporabo instrumenta Hitachi High Tech SMI4050 FIB v JAMSTEC-u, Inštitut za vzorčenje jeder Kochi, ekstrahirani rezini debeli približno 150 do 200 nm. Upoštevajte, da so bili vsi rezini FIB pridobljeni iz neobdelanih fragmentov neobdelanih delcev po odstranitvi iz posod, napolnjenih s plinom N2, za medobjektni prenos. Ti fragmenti niso bili izmerjeni s SR-CT, temveč so bili obdelani z minimalno izpostavljenostjo zemeljski atmosferi, da bi se izognili morebitnim poškodbam in kontaminaciji, ki bi lahko vplivale na spekter ogljikovega K-roba. Po nanosu volframove zaščitne plasti je bilo območje zanimanja (do 25 × 25 μm2) razrezano in stanjšano z ionskim snopom Ga+ pri pospeševalni napetosti 30 kV, nato pri 5 kV in sondnem toku 40 pA, da bi se čim bolj zmanjšale poškodbe površine. Ultratanki rezini so bili nato z uporabo mikromanipulatorja, opremljenega s FIB, nameščeni na povečano bakreno mrežo (Kochijeva mreža) 39.
Peleti Ryugu A0098 (1,6303 mg) in C0068 (0,6483 mg) so bili dvakrat zatesnjeni v čistih polietilenskih ploščah visoke čistosti v rokavični komori, napolnjeni s čistim dušikom, na napravi SPring-8 brez kakršne koli interakcije z zemeljsko atmosfero. Priprava vzorcev za JB-1 (geološka referenčna kamnina, ki jo je izdal Geološki zavod Japonske) je bila izvedena na Metropolitanski univerzi v Tokiu.
INAA poteka na Inštitutu za integrirane sevalne in jedrske znanosti Univerze v Kjotu. Vzorci so bili dvakrat obsevani z različnimi cikli obsevanja, izbranimi glede na razpolovno dobo nuklida, uporabljenega za kvantifikacijo elementov. Najprej je bil vzorec obsevan v pnevmatski obsevalni cevi 30 sekund. Tokovi toplotnih in hitrih nevtronov na sliki 3 so 4,6 × 1012 oziroma 9,6 × 1011 cm-2 s-1 za določanje vsebnosti Mg, Al, Ca, Ti, V in Mn. Obsevane so bile tudi kemikalije, kot so MgO (99,99-odstotna čistost, Soekawa Chemical), Al (99,9-odstotna čistost, Soekawa Chemical) in kovinski Si (99,999-odstotna čistost, FUJIFILM Wako Pure Chemical), da bi se popravile moteče jedrske reakcije, kot je (n, n). Vzorec je bil obsevan tudi z natrijevim kloridom (99,99-odstotna čistost; MANAC), da bi se popravile spremembe v nevtronskem toku.
Po nevtronskem obsevanju je bila zunanja polietilenska folija zamenjana z novo, gama sevanje, ki ga oddajata vzorec in referenca, pa je bilo takoj izmerjeno z Ge detektorjem. Isti vzorci so bili ponovno obsevani 4 ure v pnevmatski obsevalni cevi. Slika 2 ima toplotni in hitri nevtronski tok 5,6 x 1012 oziroma 1,2 x 1012 cm-2 s-1 za določanje Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, vsebnosti Se, Sb, Os, Ir in Au. Kontrolni vzorci Ga, As, Se, Sb, Os, Ir in Au so bili obsevani z nanosom ustreznih količin (od 10 do 50 μg) standardnih raztopin znanih koncentracij teh elementov na dva kosa filtrirnega papirja, čemur je sledilo obsevanje vzorcev. Štetje gama žarkov je bilo izvedeno na Inštitutu za integrirane sevalne in jedrske znanosti Univerze v Kjotu in Raziskovalnem centru RI Univerze v Tokiu. Analitični postopki in referenčni materiali za kvantitativno določanje elementov INAA so enaki tistim, ki so opisani v našem prejšnjem delu.
Za zbiranje difrakcijskih vzorcev vzorcev Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) in C0087 (<1 mg) pri NIPR je bil uporabljen rentgenski difraktometer (Rigaku SmartLab). Za zbiranje difrakcijskih vzorcev vzorcev Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) in C0087 (<1 mg) pri NIPR je bil uporabljen rentgenski difraktometer (Rigaku SmartLab). Rentgenovski difraktometer (Rigaku SmartLab) je bil uporabljen za zbiranje difrakcijskih slik vzorcev Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) in C0087 (<1 mg) v NIPR. Za zbiranje difrakcijskih vzorcev vzorcev Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) in C0087 (<1 mg) v NIPR je bil uporabljen rentgenski difraktometer (Rigaku SmartLab).使用X 射线衍射仪 (Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 的衍射图案。使用X 射线衍射仪 (Rigaku SmartLab) 在NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg)、A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) 的衍射图案。 Difraktografski vzorci Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) in C0087 (<1 mg) so bili pridobljeni v NIPR z uporabo rentgenskega difraktmetra (Rigaku SmartLab). Rentgenski difrakcijski vzorci vzorcev Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) in C0087 (<1 mg) so bili pridobljeni na NIPR z uporabo rentgenskega difraktometra (Rigaku SmartLab).Vsi vzorci so bili zmleti v fin prah na silicijevem neodsevnem disku z uporabo safirne steklene plošče in nato enakomerno razporejeni po silicijevem neodsevnem disku brez kakršne koli tekočine (vode ali alkohola). Merilni pogoji so naslednji: rentgensko sevanje Cu Kα se generira pri napetosti cevi 40 kV in toku cevi 40 mA, mejna dolžina reže je 10 mm, kot divergence je (1/6)°, hitrost vrtenja v ravnini je 20 vrt/min, območje 2θ (dvojni Braggov kot) pa je 3–100°, analiza pa traja približno 28 ur. Uporabljena je bila Braggova Brentanova optika. Detektor je enodimenzionalni silicijev polprevodniški detektor (D/teX Ultra 250). Rentgenski žarki Cu Kβ so bili odstranjeni z Ni filtrom. Z uporabo razpoložljivih vzorcev so bile primerjane meritve sintetičnega magnezijevega saponita (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentina (listni serpentin, Miyazu, Nikka) in pirotita (monoklinični 4C, Chihua, Mehika, Watts), da bi identificirali vrhove, in uporabljeni podatki o difrakcijskih podatkih iz datoteke s praškom iz Mednarodnega centra za difrakcijske podatke, dolomita (PDF 01-071-1662) in magnetita (PDF 00-019-0629). Difrakcijski podatki iz Ryuguja so bili primerjani tudi s podatki o hidrospremenjenih ogljikovih hondritih, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 in Y 980115 CY (stopnja segrevanja III, 500–750 °C). Primerjava je pokazala podobnosti z Orgueilom, ne pa tudi z Y-791198 in Y 980115.
Spektri NEXAFS z ogljikovim robom K ultratankih rezin vzorcev, izdelanih iz FIB, so bili izmerjeni z uporabo kanala STXM BL4U na sinhrotronski napravi UVSOR na Inštitutu za molekularne znanosti (Okazaki, Japonska). Velikost pege žarka, optično fokusiranega s Fresnelovo consko ploščo, je približno 50 nm. Energijski korak je 0,1 eV za fino strukturo območja bližnjega roba (283,6–292,0 eV) in 0,5 eV (280,0–283,5 eV in 292,5–300,0 eV) za območja spredaj in zadaj. Čas za vsak slikovni pik je bil nastavljen na 2 ms. Po evakuaciji je bila analitska komora STXM napolnjena s helijem pri tlaku približno 20 mbar. To pomaga zmanjšati toplotni drift rentgenske optične opreme v komori in držalu vzorca ter zmanjšati poškodbe in/ali oksidacijo vzorca. Spektri ogljika NEXAFS K-edge so bili ustvarjeni iz zloženih podatkov z uporabo programske opreme aXis2000 in lastniške programske opreme za obdelavo podatkov STXM. Upoštevajte, da se za preprečevanje oksidacije in kontaminacije vzorca uporabljata ohišje za prenos vzorcev in predal za rokavice.
Po analizi STXM-NEXAFS je bila izotopska sestava vodika, ogljika in dušika rezin Ryugu FIB analizirana z izotopskim slikanjem z JAMSTEC NanoSIMS 50L. Fokusiran primarni žarek Cs+ z močjo približno 2 pA za analizo izotopov ogljika in dušika ter približno 13 pA za analizo izotopov vodika je bil rastriziran na površini od približno 24 × 24 µm2 do 30 × 30 µm2 na vzorcu. Po 3-minutnem predhodnem pršenju z relativno močnim tokom primarnega žarka se je vsaka analiza začela po stabilizaciji intenzivnosti sekundarnega žarka. Za analizo izotopov ogljika in dušika so bile hkrati pridobljene slike 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– in 12C15N– z uporabo sedemelektronske multipleksne detekcije z masno ločljivostjo približno 9000, kar zadostuje za ločevanje vseh relevantnih izotopskih spojin. interferenca (tj. 12C1H na 13C in 13C14N na 12C15N). Za analizo izotopov vodika so bile pridobljene slike 1H-, 2D- in 12C- z masno ločljivostjo približno 3000 z večkratno detekcijo z uporabo treh elektronskih multiplikatorjev. Vsaka analiza je sestavljena iz 30 skeniranih slik istega območja, pri čemer ena slika obsega 256 × 256 slikovnih pik za analizo izotopov ogljika in dušika ter 128 × 128 slikovnih pik za analizo izotopov vodika. Čas zakasnitve je 3000 µs na slikovno piko za analizo izotopov ogljika in dušika ter 5000 µs na slikovno piko za analizo izotopov vodika. Kot standarde izotopov vodika, ogljika in dušika za kalibracijo instrumentalne masne frakcionacije smo uporabili 1-hidroksibenzotriazol hidrat kot standarde izotopov vodika, ogljika in dušika45.
Za določitev izotopske sestave silicija v predsončnem grafitu v profilu FIB C0068-25 smo uporabili šest elektronskih multiplikatorjev z masno ločljivostjo približno 9000. Slike so sestavljene iz 256 × 256 slikovnih pik z zakasnitvijo 3000 µs na slikovno piko. Kalibrirali smo instrument za masno frakcioniranje z uporabo silicijevih rezin kot standardov izotopov vodika, ogljika in silicija.
Izotopske slike so bile obdelane z uporabo Nasine programske opreme za slikanje NanoSIMS45. Podatki so bili popravljeni za mrtvi čas elektronskega množilnika (44 ns) in učinke kvazi-hkratnega prihoda. Za vsako sliko je bila uporabljena različna poravnava skeniranja za korekcijo premika slike med zajemanjem. Končna izotopska slika je ustvarjena z dodajanjem sekundarnih ionov iz vsake slike za vsak slikovni pik skeniranja.
Po analizi STXM-NEXAFS in NanoSIMS so bili isti FIB rezini pregledani z uporabo transmisijskega elektronskega mikroskopa (JEOL JEM-ARM200F) pri pospeševalni napetosti 200 kV v Kochiju, JAMSTEC. Mikrostruktura je bila opazovana z uporabo TEM v svetlem polju in visokokotnega skenirnega TEM v temnem polju. Mineralne faze so bile identificirane s točkovno elektronsko difrakcijo in slikanjem mrežnih pasov, kemijska analiza pa je bila izvedena z EDS s 100 mm2 silicijevim drift detektorjem in programsko opremo JEOL Analysis Station 4.30. Za kvantitativno analizo je bila značilna intenzivnost rentgenskih žarkov za vsak element izmerjena v načinu skeniranja TEM s fiksnim časom zajemanja podatkov 30 s, površino skeniranja žarka ~100 × 100 nm2 in tokom žarka 50 pA. Razmerje (Si + Al)-Mg-Fe v plastovitih silikatih je bilo določeno z uporabo eksperimentalnega koeficienta k, korigiranega za debelino, pridobljenega iz standarda naravnega piropagarnata.
Vse slike in analize, uporabljene v tej študiji, so na voljo v sistemu za arhiviranje in komunikacijo podatkov JAXA (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2. Ta članek vsebuje izvirne podatke.
Kitari, K. et al. Sestava površine asteroida 162173 Ryugu, kot jo je opazoval instrument Hayabusa2 NIRS3. Science 364, 272–275.
Kim, AJ Ogljikovi hondriti (CY) tipa Yamato: analogi površine asteroida Ryugu? Geochemistry 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. et al. Prva analiza sestave vzorcev Ryugu je bila izvedena z uporabo hiperspektralnega mikroskopa MicroOmega. National Astron. 6, 221–225 (2021).
Yada, T. et al. Predhodna analiza vzorca Hyabusa2, vrnjenega z asteroida tipa C Ryugu. National Astron. 6, 214–220 (2021).