ขอบคุณที่เข้าชม Nature.com เบราว์เซอร์ที่คุณใช้อยู่มีการรองรับ CSS อย่างจำกัด เพื่อประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันล่าสุด (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าเว็บไซต์จะยังคงได้รับการสนับสนุนต่อไป เราจะแสดงผลเว็บไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
ดาวเคราะห์น้อยประเภท C ซึ่งมีความระเหยง่ายและอุดมไปด้วยสารอินทรีย์ อาจเป็นแหล่งน้ำหลักแหล่งหนึ่งบนโลก ปัจจุบัน อุกกาบาตชนิดคอนไดรต์ที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบให้ข้อมูลที่ดีที่สุดเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของดาวเคราะห์น้อยประเภทนี้ แต่ข้อมูลเกี่ยวกับอุกกาบาตนั้นค่อนข้างบิดเบือน เนื่องจากมีเพียงอุกกาบาตประเภทที่ทนทานที่สุดเท่านั้นที่สามารถผ่านเข้ามาสู่ชั้นบรรยากาศและทำปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อมของโลกได้ ในที่นี้ เราขอนำเสนอผลการศึกษาเชิงปริมาตรและจุลวิเคราะห์อย่างละเอียดของอนุภาค Ryugu หลักที่ยานอวกาศ Hayabusa-2 ส่งมายังโลก อนุภาค Ryugu มีองค์ประกอบใกล้เคียงกับอุกกาบาตชนิดคอนไดรต์ CI (ประเภท Iwuna) ที่ไม่ผ่านการแยกส่วนทางเคมีแต่มีการเปลี่ยนแปลงโดยน้ำ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นตัวบ่งชี้องค์ประกอบโดยรวมของระบบสุริยะ ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ที่ซับซ้อนระหว่างสารอินทรีย์อะลิฟาติกที่อุดมสมบูรณ์และซิลิเกตแบบชั้น และบ่งชี้ถึงอุณหภูมิสูงสุดประมาณ 30 °C ในระหว่างการกัดเซาะโดยน้ำ เราพบดิวเทอเรียมและไดอะโซเนียมในปริมาณมาก ซึ่งสอดคล้องกับแหล่งกำเนิดนอกระบบสุริยะ อนุภาคริวกุเป็นวัสดุต่างดาวที่บริสุทธิ์และแยกออกจากกันไม่ได้มากที่สุดเท่าที่เคยมีการศึกษามา และเข้ากันได้ดีที่สุดกับองค์ประกอบโดยรวมของระบบสุริยะ
ระหว่างเดือนมิถุนายน 2561 ถึงพฤศจิกายน 2562 ยานอวกาศฮายาบูสะ 2 ขององค์การสำรวจอวกาศแห่งญี่ปุ่น (JAXA) ได้ทำการสำรวจดาวเคราะห์น้อยริวกุจากระยะไกลอย่างครอบคลุม ข้อมูลจากเครื่องวัดสเปกตรัมอินฟราเรดใกล้ (NIRS3) บนยานฮายาบูสะ 2 ชี้ให้เห็นว่าริวกุอาจประกอบด้วยวัสดุที่คล้ายกับอุกกาบาตคาร์บอนชนิดคอนไดรต์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนและ/หรือแรงกระแทก วัสดุที่ใกล้เคียงที่สุดคือ CY คอนไดรต์ (ชนิดยามาโตะ) 2 ค่าการสะท้อนแสงต่ำของริวกุสามารถอธิบายได้จากการมีส่วนประกอบที่อุดมด้วยคาร์บอนจำนวนมาก รวมถึงขนาดอนุภาค ความพรุน และผลกระทบจากการผุกร่อนในเชิงพื้นที่ ยานอวกาศฮายาบูสะ 2 ได้ลงจอดและเก็บตัวอย่างบนริวกุสองครั้ง ในการลงจอดครั้งแรกเมื่อวันที่ 21 กุมภาพันธ์ 2562 ได้เก็บวัสดุจากพื้นผิว ซึ่งถูกเก็บไว้ในช่อง A ของแคปซูลกลับสู่โลก และในการลงจอดครั้งที่สองเมื่อวันที่ 11 กรกฎาคม 2562 ได้เก็บวัสดุใกล้กับหลุมอุกกาบาตเทียมที่เกิดจากเครื่องกระแทกขนาดเล็กแบบพกพา ตัวอย่างเหล่านี้ถูกเก็บไว้ในวอร์ด C การวิเคราะห์ลักษณะเบื้องต้นแบบไม่ทำลายของอนุภาคในระยะที่ 1 ในห้องพิเศษที่ปราศจากสิ่งปนเปื้อนและบรรจุไนโตรเจนบริสุทธิ์ ณ สถานที่ที่ JAXA บริหารจัดการ ระบุว่าอนุภาค Ryugu มีความคล้ายคลึงกับคอนไดรต์ CI4 มากที่สุด และแสดงให้เห็น “ระดับความแปรผันที่หลากหลาย”3 การจัดประเภท Ryugu ที่ดูเหมือนขัดแย้งกัน ซึ่งคล้ายกับคอนไดรต์ CY หรือ CI สามารถแก้ไขได้โดยการวิเคราะห์ลักษณะไอโซโทป ธาตุ และแร่ธาตุของอนุภาค Ryugu อย่างละเอียด ผลลัพธ์ที่นำเสนอในที่นี้เป็นพื้นฐานที่มั่นคงสำหรับการพิจารณาว่าคำอธิบายเบื้องต้นสองข้อนี้ข้อใดมีความเป็นไปได้มากที่สุดสำหรับองค์ประกอบโดยรวมของดาวเคราะห์น้อย Ryugu
ตัวอย่างดาวเคราะห์น้อยริวกุจำนวน 8 ตัวอย่าง (รวมประมาณ 60 มิลลิกรัม) แบ่งเป็น 4 ตัวอย่างจากห้อง A และ 4 ตัวอย่างจากห้อง C ถูกจัดสรรให้กับโครงการระยะที่ 2 โดยทีมงานโคจิ เป้าหมายหลักของการศึกษาคือการไขปริศนาเกี่ยวกับธรรมชาติ ต้นกำเนิด และประวัติวิวัฒนาการของดาวเคราะห์น้อยริวกุ รวมถึงบันทึกความคล้ายคลึงและความแตกต่างกับตัวอย่างจากนอกโลกอื่นๆ ที่รู้จัก เช่น อุกกาบาตชนิดคอนไดรต์ อนุภาคฝุ่นระหว่างดาวเคราะห์ (IDPs) และดาวหางที่โคจรกลับมายังโลก ตัวอย่างเหล่านี้เก็บรวบรวมโดยภารกิจสตาร์ดัสต์ของนาซา
การวิเคราะห์ทางแร่โดยละเอียดของเม็ดแร่ริวกุ 5 เม็ด (A0029, A0037, C0009, C0014 และ C0068) แสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบหลักของแร่เหล่านี้คือฟิลโลซิลิเกตชนิดละเอียดและหยาบ (~64–88% โดยปริมาตร; รูปที่ 1a, b, รูปประกอบเพิ่มเติมที่ 1 และตารางเพิ่มเติมที่ 1) ฟิลโลซิลิเกตชนิดหยาบพบเป็นกลุ่มแบบพินเนต (ขนาดใหญ่ถึงหลายสิบไมครอน) ในเมทริกซ์ที่มีฟิลโลซิลิเกตชนิดละเอียดเป็นองค์ประกอบหลัก (ขนาดเล็กกว่าไม่กี่ไมครอน) อนุภาคซิลิเกตแบบชั้นเป็นส่วนประกอบร่วมกับเซอร์เพนไทน์-ซาโพไนต์ (รูปที่ 1c) แผนที่ (Si + Al)-Mg-Fe ยังแสดงให้เห็นว่าเมทริกซ์ซิลิเกตแบบชั้นโดยรวมมีองค์ประกอบอยู่ระหว่างเซอร์เพนไทน์และซาโพไนต์ (รูปที่ 2a, b) เมทริกซ์ฟิลโลซิลิเคตประกอบด้วยแร่คาร์บอเนต (~2–21% โดยปริมาตร), แร่ซัลไฟด์ (~2.4–5.5% โดยปริมาตร) และแมกเนไทต์ (~3.6–6.8% โดยปริมาตร) หนึ่งในอนุภาคที่ตรวจสอบในงานวิจัยนี้ (C0009) มีซิลิเกตปราศจากน้ำ (โอลิวีนและไพรอกซีน) ในปริมาณเล็กน้อย (~0.5% โดยปริมาตร) ซึ่งอาจช่วยระบุวัสดุต้นกำเนิดที่ประกอบขึ้นเป็นหินริวกุดิบได้⁵ ซิลิเกตปราศจากน้ำนี้หายากในเม็ดริวกุ และได้รับการยืนยันอย่างชัดเจนเฉพาะในเม็ด C0009 เท่านั้น คาร์บอเนตมีอยู่ในเมทริกซ์ในรูปของชิ้นส่วน (เล็กกว่าไม่กี่ร้อยไมครอน) ส่วนใหญ่เป็นโดโลไมต์ มีแคลเซียมคาร์บอเนตและบริเนลล์ในปริมาณเล็กน้อย แมกเนไทต์พบในรูปของอนุภาคเดี่ยวๆ ฟรามบอยด์ แผ่น หรือกลุ่มทรงกลม ซัลไฟด์ส่วนใหญ่เป็นไพร์โรไทต์ในรูปของปริซึม/แผ่นหกเหลี่ยมที่ไม่สม่ำเสมอ หรือแท่ง เนื้อเมทริกซ์ประกอบด้วยเพนท์แลนไดต์ขนาดเล็กกว่าไมครอนจำนวนมาก หรืออาจผสมผสานกับไพร์โรไทต์ เฟสที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก (ขนาด <10 µm) พบได้ทั่วไปในเมทริกซ์ที่มีฟิลโลซิลิเกตเป็นองค์ประกอบหลัก เฟสที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก (ขนาด <10 µm) พบได้ทั่วไปในเมทริกซ์ที่มีฟิลโลซิลิเกตเป็นองค์ประกอบหลัก Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой филлосиликатами матрице. เฟสที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก (ขนาด <10 µm) พบได้ทั่วไปในเมทริกซ์ที่มีฟิลโลซิลิเกตเป็นองค์ประกอบหลัก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. เฟสที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก (ขนาด <10 µm) มีอยู่มากในเมทริกซ์ที่อุดมไปด้วยฟิลโลซิลิเกตแร่ธาตุเสริมอื่นๆ แสดงอยู่ในตารางเสริม 1 รายชื่อแร่ธาตุที่กำหนดจากรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของส่วนผสม C0087 และ A0029 และ A0037 สอดคล้องอย่างมากกับที่กำหนดในคอนไดรต์ CI (Orgueil) แต่แตกต่างอย่างมากจากคอนไดรต์ CY และ CM (ประเภท Mighei) (รูปที่ 1 พร้อมข้อมูลเพิ่มเติมและรูปเสริม 2) ปริมาณธาตุทั้งหมดของเม็ด Ryugu (A0098, C0068) ก็สอดคล้องกับคอนไดรต์ 6 CI เช่นกัน (ข้อมูลเพิ่มเติม รูปที่ 2 และตารางเสริม 2) ในทางตรงกันข้าม คอนไดรต์ CM มีธาตุระเหยปานกลางและสูงน้อยลง โดยเฉพาะ Mn และ Zn และมีธาตุทนความร้อนสูงกว่า7 ความเข้มข้นของธาตุบางชนิดแตกต่างกันอย่างมาก ซึ่งอาจสะท้อนถึงความไม่สม่ำเสมอโดยธรรมชาติของตัวอย่างเนื่องจากขนาดเล็กของอนุภาคแต่ละอนุภาคและอคติในการสุ่มตัวอย่างที่เกิดขึ้น ลักษณะทางธรณีวิทยา แร่ธาตุ และองค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดบ่งชี้ว่าเม็ดแร่ริวกุมีความคล้ายคลึงกับอุกกาบาตชนิดคอนไดรต์ CI8,9,10 อย่างมาก ข้อยกเว้นที่เห็นได้ชัดคือ การไม่มีเฟอร์ริไฮไดรต์และซัลเฟตในเม็ดแร่ริวกุ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแร่ธาตุเหล่านี้ในอุกกาบาตชนิดคอนไดรต์ CI เกิดจากการผุกร่อนบนโลก
a, ภาพเอกซเรย์คอมโพสิตของ Mg Kα (สีแดง), Ca Kα (สีเขียว), Fe Kα (สีน้ำเงิน) และ S Kα (สีเหลือง) จากหน้าตัดขัดแห้ง C0068 ส่วนประกอบประกอบด้วยซิลิเกตแบบชั้น (สีแดง: ประมาณ 88% โดยปริมาตร), คาร์บอเนต (โดโลไมต์; สีเขียวอ่อน: ประมาณ 1.6% โดยปริมาตร), แมกเนไทต์ (สีน้ำเงิน: ประมาณ 5.3% โดยปริมาตร) และซัลไฟด์ (สีเหลือง: ซัลไฟด์ = ประมาณ 2.5% โดยปริมาตร) b, ภาพของบริเวณเส้นชั้นความสูงในอิเล็กตรอนกระเจิงกลับบนภาพ a Bru – ยังไม่เจริญเต็มที่; Dole – โดโลไมต์; FeS คือเหล็กซัลไฟด์; Mag – แมกเนไทต์; juice – หินสบู่; Srp – เซอร์เพนไทน์ c, ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่านความละเอียดสูง (TEM) ของการเจริญเติบโตแบบผสมผสานระหว่างซาโพไนต์และเซอร์เพนไทน์ทั่วไป โดยแสดงแถบโครงสร้างผลึกของเซอร์เพนไทน์และซาโพไนต์ที่มีขนาด 0.7 นาโนเมตรและ 1.1 นาโนเมตร ตามลำดับ
องค์ประกอบของเมทริกซ์และซิลิเกตแบบชั้น (ร้อยละ) ของอนุภาค Ryugu A0037 (วงกลมสีแดงทึบ) และ C0068 (วงกลมสีน้ำเงินทึบ) แสดงอยู่ในระบบสามองค์ประกอบ (Si+Al)-Mg-Fe a, ผลการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบโพรบ (EPMA) เปรียบเทียบกับคอนไดรต์ CI (Ivuna, Orgueil, Alais)16 ที่แสดงเป็นสีเทา b, การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (STEM) และสเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์แบบกระจายพลังงาน (EDS) แสดงเพื่อเปรียบเทียบกับอุกกาบาต Orgueil9 และ Murchison46 และ IDP47 ที่มีน้ำ มีการวิเคราะห์ฟิลโลซิลิเกตทั้งแบบละเอียดและแบบหยาบ โดยหลีกเลี่ยงอนุภาคขนาดเล็กของเหล็กซัลไฟด์ เส้นประใน a และ b แสดงเส้นการละลายของซาโพไนต์และเซอร์เพนไทน์ องค์ประกอบที่มีธาตุเหล็กสูงในภาพ a อาจเกิดจากอนุภาคซัลไฟด์ของเหล็กขนาดเล็กกว่าไมครอนภายในอนุภาคซิลิเกตแบบชั้น ซึ่งไม่สามารถตัดออกได้ด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ของการวิเคราะห์ EPMA จุดข้อมูลที่มีปริมาณ Si สูงกว่าซาโพไนต์ในภาพ b อาจเกิดจากการมีวัสดุที่มีซิลิคอนเป็นองค์ประกอบหลักแบบอสัณฐานขนาดนาโนในช่องว่างระหว่างชั้นฟิลโลซิลิเกต จำนวนการวิเคราะห์: N=69 สำหรับ A0037, N=68 สำหรับ EPMA, N=68 สำหรับ C0068, N=19 สำหรับ A0037 และ N=27 สำหรับ C0068 สำหรับ STEM-EDS ภาพ c แผนที่ไอโซโทปของอนุภาคไตรออกซี Ryugu C0014-4 เปรียบเทียบกับค่าคอนไดรต์ CI (Orgueil), CY (Y-82162) และข้อมูลจากเอกสารอ้างอิง (CM และ C2-ung)41,48,49 เราได้รับข้อมูลสำหรับอุกกาบาต Orgueil และ Y-82162 CCAM คือเส้นของแร่คอนไดรต์คาร์บอนเนเชียสแบบปราศจากน้ำ TFL คือเส้นแบ่งเขตแดน แผนที่ d, Δ17O และ δ18O ของอนุภาค Ryugu C0014-4, คอนไดรต์ CI (Orgueil) และคอนไดรต์ CY (Y-82162) (การศึกษาครั้งนี้) Δ17O_Ryugu: ค่าของ Δ17O C0014-1 Δ17O_Orgueil: ค่าเฉลี่ย Δ17O สำหรับ Orgueil Δ17O_Y-82162: ค่าเฉลี่ย Δ17O สำหรับ Y-82162 ข้อมูล CI และ CY จากเอกสารอ้างอิง 41, 48, 49 ก็แสดงไว้เพื่อเปรียบเทียบด้วย
การวิเคราะห์ไอโซโทปมวลของออกซิเจนดำเนินการกับตัวอย่างวัสดุ 1.83 มิลลิกรัมที่สกัดจาก C0014 แบบเม็ดโดยใช้เลเซอร์ฟลูออริเนชัน (วิธีการ) เพื่อเปรียบเทียบ เราได้ทำการทดสอบ Orgueil (CI) จำนวน 7 ชุด (มวลรวม = 8.96 มิลลิกรัม) และ Y-82162 (CY) จำนวน 7 ชุด (มวลรวม = 5.11 มิลลิกรัม) (ตารางเสริม 3)
รูปที่ 2d แสดงให้เห็นถึงการแยกที่ชัดเจนของ Δ17O และ δ18O ระหว่างอนุภาคเฉลี่ยน้ำหนักของ Orgueil และ Ryugu เมื่อเทียบกับ Y-82162 ค่า Δ17O ของอนุภาค Ryugu C0014-4 สูงกว่าของอนุภาค Orgeil แม้ว่าจะมีการทับซ้อนกันที่ 2 sd อนุภาค Ryugu มีค่า Δ17O สูงกว่า Orgeil ซึ่งอาจสะท้อนถึงมลภาวะทางบกของ Orgeil นับตั้งแต่การตกในปี 1864 การผุกร่อนในสภาพแวดล้อมทางบก¹¹ ส่งผลให้มีการรวมออกซิเจนในบรรยากาศเข้ามา ทำให้การวิเคราะห์โดยรวมเข้าใกล้เส้นการแยกส่วนทางบก (TFL) มากขึ้น ข้อสรุปนี้สอดคล้องกับข้อมูลทางแร่ธาตุวิทยา (ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้) ที่ว่าเม็ดแร่ Ryugu ไม่มีไฮเดรตหรือซัลเฟต ในขณะที่ Orgeil มี
จากข้อมูลทางแร่ธาตุข้างต้น ผลลัพธ์เหล่านี้สนับสนุนความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคริวกุและคอนไดรต์ CI แต่ตัดความเป็นไปได้ของความสัมพันธ์กับคอนไดรต์ CY ออกไป ข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคริวกุไม่มีความสัมพันธ์กับคอนไดรต์ CY ซึ่งแสดงให้เห็นสัญญาณที่ชัดเจนของแร่ธาตุที่เกิดจากการขาดน้ำนั้นเป็นเรื่องที่น่าสงสัย การสังเกตการณ์จากวงโคจรของริวกุดูเหมือนจะบ่งชี้ว่ามันได้ผ่านกระบวนการขาดน้ำและดังนั้นจึงน่าจะประกอบด้วยวัสดุ CY เหตุผลสำหรับความแตกต่างที่เห็นได้ชัดนี้ยังคงไม่ชัดเจน การวิเคราะห์ไอโซโทปออกซิเจนของอนุภาคริวกุอื่นๆ ได้ถูกนำเสนอในเอกสารที่เกี่ยวข้อง 12 อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ของชุดข้อมูลที่ขยายออกไปนี้ก็สอดคล้องกับความสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคริวกุและคอนไดรต์ CI เช่นกัน
โดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์จุลภาคแบบประสานงาน (ภาพประกอบเพิ่มเติมที่ 3) เราได้ตรวจสอบการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของคาร์บอนอินทรีย์ทั่วพื้นที่ผิวทั้งหมดของชิ้นส่วนที่ได้จากการฉายรังสีไอออนแบบโฟกัส (FIB) C0068.25 (ภาพที่ 3a–f) สเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์ของคาร์บอนแบบละเอียด (NEXAFS) ที่ขอบด้านใกล้ในส่วน C0068.25 แสดงให้เห็นกลุ่มฟังก์ชันหลายกลุ่ม ได้แก่ อะโรมาติกหรือ C=C (285.2 eV), C=O (286.5 eV), CH (287.5 eV) และ C(=O)O (288.8 eV) – โครงสร้างกราฟีนไม่มีอยู่ที่ 291.7 eV (ภาพที่ 3a) ซึ่งหมายถึงระดับการเปลี่ยนแปลงทางความร้อนที่ต่ำ พีค CH ที่แข็งแกร่ง (287.5 eV) ของสารอินทรีย์บางส่วนของ C0068.25 แตกต่างจากสารอินทรีย์ที่ไม่ละลายน้ำของอุกกาบาตคาร์บอนชนิดคอนไดรต์ที่เคยศึกษามาก่อน และมีความคล้ายคลึงกับ IDP14 และอนุภาคดาวหางที่ได้จากภารกิจ Stardust มากกว่า พีค CH ที่แข็งแกร่งที่ 287.5 eV และพีคอะโรมาติกหรือ C=C ที่อ่อนมากที่ 285.2 eV บ่งชี้ว่าสารประกอบอินทรีย์นั้นอุดมไปด้วยสารประกอบอะลิฟาติก (รูปที่ 3a และรูปประกอบเพิ่มเติมที่ 3a) บริเวณที่อุดมไปด้วยสารประกอบอินทรีย์อะลิฟาติกนั้นอยู่เฉพาะในฟิลโลซิลิเกตที่มีขนาดเม็ดหยาบ เช่นเดียวกับบริเวณที่มีโครงสร้างคาร์บอนอะโรมาติก (หรือ C=C) น้อย (รูปที่ 3c,d) ในทางตรงกันข้าม A0037,22 (รูปประกอบเพิ่มเติมที่ 3) แสดงให้เห็นปริมาณของบริเวณที่อุดมไปด้วยคาร์บอนอะลิฟาติกที่ต่ำกว่าบางส่วน องค์ประกอบแร่ธาตุพื้นฐานของเม็ดแร่เหล่านี้อุดมไปด้วยคาร์บอเนต คล้ายกับอุกกาบาตชนิดคอนไดรต์ CI 16 ซึ่งบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างกว้างขวางของน้ำต้นกำเนิด (ตารางเสริม 1) สภาวะออกซิไดซ์จะส่งเสริมความเข้มข้นที่สูงขึ้นของหมู่ฟังก์ชันคาร์บอนิลและคาร์บอกซิลในสารประกอบอินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอเนต การกระจายตัวของสารอินทรีย์ที่มีโครงสร้างคาร์บอนแบบอะลิฟาติกในระดับไมครอนอาจแตกต่างอย่างมากจากการกระจายตัวของซิลิเกตแบบชั้นที่มีขนาดใหญ่ พบร่องรอยของสารประกอบอินทรีย์แบบอะลิฟาติกที่เกี่ยวข้องกับฟิลโลซิลิเกต-OH ในอุกกาบาตทะเลสาบทากิช ข้อมูลการวิเคราะห์จุลภาคแบบประสานงานชี้ให้เห็นว่าสารอินทรีย์ที่อุดมไปด้วยสารประกอบอะลิฟาติกอาจแพร่หลายในดาวเคราะห์น้อยชนิด C และมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับฟิลโลซิลิเกต ข้อสรุปนี้สอดคล้องกับรายงานก่อนหน้านี้เกี่ยวกับ CH แบบอะลิฟาติก/อะโรมาติกในอนุภาคริวกุที่แสดงโดย MicroOmega ซึ่งเป็นกล้องจุลทรรศน์ไฮเปอร์สเปกตรัมอินฟราเรดใกล้ คำถามสำคัญที่ยังไม่มีคำตอบคือ คุณสมบัติเฉพาะของสารประกอบอินทรีย์ที่มีคาร์บอนอะลิฟาติกเป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่งเกี่ยวข้องกับฟิลโลซิลิเคตที่มีขนาดเม็ดหยาบที่สังเกตได้ในการศึกษาครั้งนี้ พบได้เฉพาะบนดาวเคราะห์น้อยริวกุเท่านั้นหรือไม่
a, สเปกตรัมคาร์บอน NEXAFS ที่ปรับค่ามาตรฐานที่ 292 eV ในบริเวณที่อุดมไปด้วยอะโรมาติก (C=C) (สีแดง) ในบริเวณที่อุดมไปด้วยอะลิฟาติก (สีเขียว) และในเมทริกซ์ (สีน้ำเงิน) เส้นสีเทาคือสเปกตรัมสารอินทรีย์ที่ไม่ละลายน้ำของ Murchison 13 สำหรับการเปรียบเทียบ au คือหน่วยอนุญาโตตุลาการ b, ภาพสเปกตรัมจากกล้องจุลทรรศน์เอกซ์เรย์แบบสแกนส่งผ่าน (STXM) ของขอบ K ของคาร์บอน แสดงให้เห็นว่าส่วนนี้ส่วนใหญ่เป็นคาร์บอน c, แผนภาพคอมโพสิต RGB แสดงบริเวณที่อุดมไปด้วยอะโรมาติก (C=C) (สีแดง) บริเวณที่อุดมไปด้วยอะลิฟาติก (สีเขียว) และเมทริกซ์ (สีน้ำเงิน) d, สารอินทรีย์ที่อุดมไปด้วยสารประกอบอะลิฟาติกมีความเข้มข้นในฟิลโลซิลิเกตเม็ดหยาบ พื้นที่ขยายจากกรอบจุดสีขาวใน b และ c e, นาโนสเฟียร์ขนาดใหญ่ (ng-1) ในพื้นที่ขยายจากกรอบจุดสีขาวใน b และ c For: ไพร์โรไทต์ Pn: นิกเกลโครไมต์ f, ภาพแสดงองค์ประกอบทางเคมีของไฮโดรเจน (1H), คาร์บอน (12C) และไนโตรเจน (12C14N) โดยใช้เทคนิค NanoSIMS (Nanoscale Secondary Ion Mass Spectrometry), ภาพแสดงอัตราส่วนองค์ประกอบ 12C/1H และภาพแสดงไอโซโทป δD, δ13C และ δ15N แบบไขว้ – ส่วน PG-1: กราไฟต์ก่อนยุคสุริยะที่มีการเสริมความเข้มข้นของ 13C อย่างมาก (ตารางเสริม 4)
การศึกษาจลนศาสตร์ของการสลายตัวของสารอินทรีย์ในอุกกาบาตเมอร์ชิสันสามารถให้ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอของสารอินทรีย์อะลิฟาติกที่มีปริมาณมากในเม็ดอุกกาบาตริวกุ การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าพันธะ CH อะลิฟาติกในสารอินทรีย์ยังคงอยู่ได้จนถึงอุณหภูมิสูงสุดประมาณ 30°C ที่แหล่งกำเนิด และ/หรือเปลี่ยนแปลงไปตามความสัมพันธ์ระหว่างเวลาและอุณหภูมิ (เช่น 200 ปีที่ 100°C และ 0°C ที่ 100 ล้านปี) หากแหล่งกำเนิดไม่ได้รับความร้อนที่อุณหภูมิที่กำหนดเป็นเวลานานกว่าระยะเวลาหนึ่ง การกระจายตัวดั้งเดิมของสารอินทรีย์อะลิฟาติกที่มีฟิลโลซิลิเกตอาจได้รับการรักษาไว้ อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงของน้ำในหินต้นกำเนิดอาจทำให้การตีความนี้ซับซ้อนขึ้น เนื่องจาก A0037 ที่มีคาร์บอเนตสูงไม่แสดงบริเวณอะลิฟาติกที่มีคาร์บอนสูงที่เกี่ยวข้องกับฟิลโลซิลิเกต การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิต่ำนี้สอดคล้องกับการมีอยู่ของเฟลด์สปาร์ทรงลูกบาศก์ในเม็ดอุกกาบาตริวกุโดยประมาณ (ตารางเสริม 1) 20
เศษส่วน C0068.25 (ng-1; รูปที่ 3a–c,e) ประกอบด้วยนาโนสเฟียร์ขนาดใหญ่ที่แสดงสเปกตรัมอะโรมาติกสูง (หรือ C=C) อะลิฟาติกปานกลาง และสเปกตรัม C(=O)O และ C=O ที่อ่อน ลายเซ็นของคาร์บอนอะลิฟาติกไม่ตรงกับลายเซ็นของสารอินทรีย์ที่ไม่ละลายน้ำและนาโนสเฟียร์อินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับคอนไดรต์ (รูปที่ 3a) 17,21 การวิเคราะห์สเปกโทรสโกปีรามานและอินฟราเรดของนาโนสเฟียร์ในทะเลสาบ Tagish แสดงให้เห็นว่าประกอบด้วยสารประกอบอินทรีย์อะลิฟาติกและออกซิไดซ์ และสารประกอบอินทรีย์อะโรมาติกโพลีไซคลิกที่ไม่เป็นระเบียบที่มีโครงสร้างซับซ้อน22,23 เนื่องจากเมทริกซ์โดยรอบมีสารอินทรีย์ที่อุดมไปด้วยสารประกอบอะลิฟาติก ลายเซ็นของคาร์บอนอะลิฟาติกใน ng-1 อาจเป็นสิ่งผิดปกติในการวิเคราะห์ ที่น่าสนใจคือ ng-1 มีซิลิเกตอสัณฐานฝังอยู่ (รูปที่ 3e) ซึ่งเป็นเนื้อสัมผัสที่ยังไม่เคยมีรายงานสำหรับสารอินทรีย์นอกโลกใดๆ มาก่อน ซิลิเกตอสัณฐานอาจเป็นส่วนประกอบตามธรรมชาติของ ng-1 หรือเกิดจากการเปลี่ยนสภาพเป็นอสัณฐานของซิลิเกตในน้ำ/ปราศจากน้ำโดยลำแสงไอออนและ/หรืออิเล็กตรอนในระหว่างการวิเคราะห์
ภาพไอออน NanoSIMS ของส่วน C0068.25 (รูปที่ 3f) แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงที่สม่ำเสมอใน δ13C และ δ15N ยกเว้นเม็ดแร่ก่อนเกิดระบบสุริยะที่มีการเพิ่มความเข้มข้นของ 13C สูงถึง 30,811‰ (PG-1 ในภาพ δ13C ในรูปที่ 3f) (ตารางเสริม 4) ภาพเม็ดแร่พื้นฐานจากรังสีเอกซ์และภาพ TEM ความละเอียดสูงแสดงเฉพาะความเข้มข้นของคาร์บอนและระยะห่างระหว่างระนาบฐาน 0.3 นาโนเมตร ซึ่งสอดคล้องกับกราไฟต์ เป็นที่น่าสังเกตว่าค่า δD (841 ± 394‰) และ δ15N (169 ± 95‰) ที่อุดมไปด้วยสารอินทรีย์อะลิฟาติกที่เกี่ยวข้องกับฟิลโลซิลิเกตเม็ดหยาบนั้นสูงกว่าค่าเฉลี่ยของภูมิภาค C ทั้งหมดเล็กน้อย (δD = 528 ± 139‰) ‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) ใน C0068.25 (ตารางเสริม 4) ข้อสังเกตนี้ชี้ให้เห็นว่าสารอินทรีย์ที่อุดมด้วยอะลิฟาติกในฟิลโลซิลิเกตเม็ดหยาบอาจมีความดั้งเดิมมากกว่าสารอินทรีย์โดยรอบ เนื่องจากสารอินทรีย์โดยรอบอาจมีการแลกเปลี่ยนไอโซโทปกับน้ำโดยรอบในวัตถุต้นกำเนิด หรืออีกทางหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงไอโซโทปเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับกระบวนการก่อตัวเริ่มต้นก็ได้ มีการตีความว่าซิลิเกตแบบชั้นเม็ดละเอียดในคอนไดรต์ CI เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของกลุ่มซิลิเกตแอนไฮดรัสเม็ดหยาบดั้งเดิม สารอินทรีย์ที่อุดมด้วยอะลิฟาติกอาจเกิดขึ้นจากโมเลกุลตั้งต้นในจานดาวเคราะห์ก่อนกำเนิดหรือตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์ก่อนการก่อตัวของระบบสุริยะ และจากนั้นก็มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในระหว่างการเปลี่ยนแปลงน้ำของวัตถุต้นกำเนิด Ryugu (ขนาดใหญ่) ขนาด (<1.0 กม.) ของริวกุเล็กเกินไปที่จะรักษาความร้อนภายในให้เพียงพอสำหรับการเปลี่ยนแปลงทางน้ำเพื่อสร้างแร่ธาตุไฮดรัสได้25 ขนาด (<1.0 กม.) ของริวกุเล็กเกินไปที่จะรักษาอุณหภูมิภายในให้เพียงพอสำหรับการเปลี่ยนแปลงในน้ำเพื่อสร้างแร่ธาตุไฮดรัสได้25 Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для водного изменения с образованием водных минералов25. ขนาด (<1.0 กม.) ริวกุมีขนาดเล็กเกินไปที่จะรักษาอุณหภูมิภายในให้เพียงพอสำหรับการเปลี่ยนแปลงของน้ำเพื่อสร้างแร่ธาตุในน้ำได้25 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 มินเนราโลฟ25. ขนาดของริวกุ (<1.0 กม.) เล็กเกินไปที่จะรองรับความร้อนภายในเพื่อเปลี่ยนน้ำให้กลายเป็นแร่ธาตุในน้ำได้25ดังนั้น อาจจำเป็นต้องมีวัตถุตั้งต้นของริวกุที่มีขนาดหลายสิบกิโลเมตร สารอินทรีย์ที่อุดมด้วยสารประกอบอะลิฟาติกอาจคงอัตราส่วนไอโซโทปดั้งเดิมไว้ได้เนื่องจากการเชื่อมโยงกับฟิลโลซิลิเกตที่มีขนาดเม็ดหยาบ อย่างไรก็ตาม ลักษณะที่แท้จริงของตัวนำไอโซโทปหนักยังคงไม่แน่นอนเนื่องจากการผสมที่ซับซ้อนและละเอียดอ่อนของส่วนประกอบต่างๆ ในเศษส่วน FIB เหล่านี้ ซึ่งอาจเป็นสารอินทรีย์ที่อุดมด้วยสารประกอบอะลิฟาติกในเม็ดริวกุหรือฟิลโลซิลิเกตหยาบที่อยู่รอบๆ โปรดทราบว่าสารอินทรีย์ในอุกกาบาตคาร์บอนเกือบทั้งหมด (รวมถึงอุกกาบาต CI) มักจะมี D มากกว่าฟิลโลซิลิเกต ยกเว้นอุกกาบาต CM Paris 24, 26
กราฟแสดงปริมาตร δD และ δ15N ของชิ้นส่วน FIB ที่ได้จาก A0002.23 และ A0002.26, A0037.22 และ A0037.23 และชิ้นส่วน FIB ของ C0068.23, C0068.25 และ C0068.26 (รวมทั้งหมดเจ็ดชิ้นส่วน FIB จากอนุภาค Ryugu สามอนุภาค) การเปรียบเทียบ NanoSIMS กับวัตถุอื่นๆ ในระบบสุริยะแสดงในรูปที่ 4 (ตารางเสริม 4)27,28 การเปลี่ยนแปลงปริมาตรใน δD และ δ15N ในโปรไฟล์ A0002, A0037 และ C0068 สอดคล้องกับใน IDP แต่สูงกว่าในคอนไดรต์ CM และ CI (รูปที่ 4) โปรดทราบว่าช่วงค่า δD สำหรับตัวอย่างดาวหาง 29 (-240 ถึง 1655‰) กว้างกว่าของริวกิว ปริมาตร δD และ δ15N ของโปรไฟล์ริวกิวโดยทั่วไปจะน้อยกว่าค่าเฉลี่ยของดาวหางในกลุ่มดาวพฤหัสบดีและเมฆออร์ต (รูปที่ 4) ค่า δD ที่ต่ำกว่าของคอนไดรต์ CI อาจสะท้อนถึงอิทธิพลของการปนเปื้อนจากโลกในตัวอย่างเหล่านี้ เมื่อพิจารณาถึงความคล้ายคลึงกันระหว่างเบลล์ส ทะเลสาบทากิช และ IDP ความไม่สม่ำเสมอขนาดใหญ่ในค่า δD และ δN ในอนุภาคริวกิวอาจสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงในลักษณะเฉพาะของไอโซโทปเริ่มต้นขององค์ประกอบอินทรีย์และน้ำในระบบสุริยะยุคแรก การเปลี่ยนแปลงไอโซโทปที่คล้ายกันใน δD และ δN ในอนุภาคริวกิวและ IDP ชี้ให้เห็นว่าทั้งสองอาจก่อตัวขึ้นจากวัสดุจากแหล่งเดียวกัน เชื่อกันว่า IDP มีต้นกำเนิดมาจากแหล่งกำเนิดดาวหาง 14 ดังนั้น Ryugu อาจมีวัสดุคล้ายดาวหางและ/หรืออย่างน้อยก็จากระบบสุริยะชั้นนอก อย่างไรก็ตาม เรื่องนี้อาจยากกว่าที่เรากล่าวไว้ที่นี่เนื่องจาก (1) การผสมกันของน้ำทรงกลมและน้ำที่อุดมไปด้วย D บนวัตถุต้นกำเนิด 31 และ (2) อัตราส่วน D/H ของดาวหางเป็นฟังก์ชันของกิจกรรมดาวหาง 32 อย่างไรก็ตาม เหตุผลสำหรับความไม่สม่ำเสมอของไอโซโทปไฮโดรเจนและไนโตรเจนที่สังเกตได้ในอนุภาค Ryugu ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ ส่วนหนึ่งเนื่องมาจากจำนวนการวิเคราะห์ที่มีอยู่ในปัจจุบันมีจำกัด ผลลัพธ์ของระบบไอโซโทปไฮโดรเจนและไนโตรเจนยังคงทำให้เกิดความเป็นไปได้ว่า Ryugu มีวัสดุส่วนใหญ่มาจากนอกระบบสุริยะ และดังนั้นอาจแสดงความคล้ายคลึงกับดาวหาง โปรไฟล์ของ Ryugu ไม่แสดงความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่าง δ13C และ δ15N (ตารางเสริม 4)
องค์ประกอบไอโซโทป H และ N โดยรวมของอนุภาค Ryugu (วงกลมสีแดง: A0002, A0037; วงกลมสีน้ำเงิน: C0068) สอดคล้องกับค่าความสว่างของดวงอาทิตย์ที่ 27, กลุ่มดาวหางตระกูล Jupiter mean family (JFC27), และดาวหาง Oort cloud (OCC27), IDP28 และคาร์บอนเนเชียสคอนดรูล เปรียบเทียบกับอุกกาบาตหมายเลข 27 (CI, CM, CR, C2-ung) องค์ประกอบไอโซโทปแสดงอยู่ในตารางเสริมที่ 4 เส้นประแสดงค่าไอโซโทปของโลกสำหรับ H และ N
การขนส่งสารระเหย (เช่น สารอินทรีย์และน้ำ) สู่โลกยังคงเป็นข้อกังวล26,27,33 สารอินทรีย์ขนาดเล็กกว่าไมครอนที่เกี่ยวข้องกับฟิลโลซิลิเกตหยาบในอนุภาค Ryugu ที่ระบุในงานวิจัยนี้ อาจเป็นแหล่งสำคัญของสารระเหย สารอินทรีย์ในฟิลโลซิลิเกตที่มีขนาดเม็ดหยาบได้รับการปกป้องจากการเสื่อมสภาพ16,34 และการผุพัง35 ได้ดีกว่าสารอินทรีย์ในเมทริกซ์ที่มีขนาดเม็ดละเอียด องค์ประกอบไอโซโทปของไฮโดรเจนที่หนักกว่าในอนุภาคหมายความว่าไม่น่าจะเป็นแหล่งเดียวของสารระเหยที่ถูกนำไปยังโลกในยุคแรกเริ่ม พวกมันอาจผสมกับส่วนประกอบที่มีองค์ประกอบไอโซโทปของไฮโดรเจนที่เบากว่า ดังที่ได้มีการเสนอเมื่อเร็ว ๆ นี้ในสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของน้ำที่ขับเคลื่อนด้วยลมสุริยะในซิลิเกต
ในการศึกษานี้ เราแสดงให้เห็นว่าอุกกาบาต CI แม้จะมีความสำคัญทางธรณีเคมีในฐานะตัวแทนขององค์ประกอบโดยรวมของระบบสุริยะ^6,10 แต่ก็เป็นตัวอย่างที่ปนเปื้อนจากโลก เรายังให้หลักฐานโดยตรงเกี่ยวกับการปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารอินทรีย์อะลิฟาติกที่อุดมสมบูรณ์และแร่ธาตุไฮดรัสที่อยู่ใกล้เคียง และชี้ให้เห็นว่าริวกุอาจมีวัสดุนอกระบบสุริยะ³⁷ ผลการศึกษานี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความสำคัญของการเก็บตัวอย่างโดยตรงจากโปรโตแอสเตอรอยด์และความจำเป็นในการขนส่งตัวอย่างที่นำกลับมาภายใต้สภาวะเฉื่อยและปลอดเชื้ออย่างสมบูรณ์ หลักฐานที่นำเสนอในที่นี้แสดงให้เห็นว่าอนุภาคริวกุเป็นหนึ่งในวัสดุของระบบสุริยะที่ปราศจากการปนเปื้อนมากที่สุดสำหรับการวิจัยในห้องปฏิบัติการอย่างไม่ต้องสงสัย และการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวอย่างอันล้ำค่าเหล่านี้จะช่วยขยายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับกระบวนการของระบบสุริยะในยุคแรกเริ่มอย่างไม่ต้องสงสัย อนุภาคริวกุเป็นตัวแทนที่ดีที่สุดขององค์ประกอบโดยรวมของระบบสุริยะ
เพื่อกำหนดโครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อนและคุณสมบัติทางเคมีของตัวอย่างขนาดเล็กกว่าไมครอน เราใช้การถ่ายภาพรังสีเอกซ์แบบเอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์ (SR-XCT) และการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์แบบเอกซ์เรย์คอมพิวเตอร์ (XRD) ร่วมกับ CT, FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM โดยไม่มีการเสื่อมสภาพ มลภาวะจากชั้นบรรยากาศของโลก และไม่มีความเสียหายจากอนุภาคละเอียดหรือตัวอย่างเชิงกล ในขณะเดียวกัน เราได้ทำการวิเคราะห์ปริมาตรอย่างเป็นระบบโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ร่วมกับ EDS, EPMA, XRD, การวิเคราะห์การกระตุ้นด้วยนิวตรอนแบบเครื่องมือ (INAA) และอุปกรณ์ฟลูออริเนชันไอโซโทปออกซิเจนด้วยเลเซอร์ ขั้นตอนการทดสอบแสดงในรูปที่ 3 ในเอกสารประกอบ และแต่ละการทดสอบจะอธิบายไว้ในส่วนต่อไปนี้
อนุภาคจากดาวเคราะห์น้อยริวกุถูกเก็บรวบรวมจากโมดูลการกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของยานฮายาบูสะ-2 และส่งไปยังศูนย์ควบคุม JAXA ในเมืองซากามิฮาระ ประเทศญี่ปุ่น โดยไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อชั้นบรรยากาศของโลก4 หลังจากทำการวิเคราะห์เบื้องต้นและไม่ทำลายตัวอย่างที่ศูนย์ที่ JAXA บริหารจัดการแล้ว ให้ใช้ภาชนะบรรจุสำหรับการถ่ายโอนระหว่างสถานที่แบบปิดผนึกได้ และถุงแคปซูลตัวอย่าง (คริสตัลแซฟไฟร์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 หรือ 15 มม. และสแตนเลส ขึ้นอยู่กับขนาดของตัวอย่าง) เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนจากสิ่งแวดล้อม และ/หรือสารปนเปื้อนจากพื้นดิน (เช่น ไอน้ำ ไฮโดรคาร์บอน ก๊าซในบรรยากาศ และอนุภาคละเอียด) และการปนเปื้อนข้ามระหว่างตัวอย่างในระหว่างการเตรียมตัวอย่างและการขนส่งระหว่างสถาบันและมหาวิทยาลัย38 เพื่อหลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพและมลภาวะอันเนื่องมาจากการปฏิสัมพันธ์กับชั้นบรรยากาศของโลก (ไอน้ำและออกซิเจน) การเตรียมชิ้นงานทดสอบทุกประเภท (รวมถึงการสกัดด้วยสิ่วแทนทาลัม การใช้เลื่อยลวดเพชรแบบสมดุล (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) และการตัดอีพ็อกซี่) สำหรับการติดตั้ง จึงดำเนินการในกล่องปลอดอากาศภายใต้บรรยากาศไนโตรเจนแห้งสะอาด (จุดน้ำค้าง: -80 ถึง -60 °C, ออกซิเจน ~50-100 ppm) อุปกรณ์ทั้งหมดที่ใช้ในที่นี้ได้รับการทำความสะอาดด้วยน้ำบริสุทธิ์พิเศษและเอทานอลผสมกันโดยใช้คลื่นอัลตราโซนิกที่มีความถี่ต่างกัน
ในที่นี้เราศึกษาคอลเลกชันอุกกาบาตของสถาบันวิจัยขั้วโลกแห่งชาติ (NIPR) จากศูนย์วิจัยอุกกาบาตแอนตาร์กติกา (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 และ CY: Y 980115)
สำหรับการถ่ายโอนระหว่างเครื่องมือสำหรับการวิเคราะห์ SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS และ TEM เราใช้ตัวยึดตัวอย่างแบบบางพิเศษอเนกประสงค์ที่อธิบายไว้ในการศึกษาครั้งก่อน38
การวิเคราะห์ SR-XCT ของตัวอย่าง Ryugu ดำเนินการโดยใช้ระบบ CT แบบบูรณาการ BL20XU/SPring-8 ระบบ CT แบบบูรณาการประกอบด้วยโหมดการวัดต่างๆ ได้แก่ โหมดมุมมองกว้างและความละเอียดต่ำ (WL) เพื่อจับภาพโครงสร้างทั้งหมดของตัวอย่าง โหมดมุมมองแคบและความละเอียดสูง (NH) สำหรับการวัดพื้นที่ตัวอย่างที่สนใจอย่างแม่นยำ และการถ่ายภาพรังสีเพื่อหาแบบแผนการเลี้ยวเบนของปริมาตรของตัวอย่าง และทำการวิเคราะห์ XRD-CT เพื่อให้ได้แผนภาพ 2 มิติของเฟสแร่ในระนาบแนวนอนในตัวอย่าง โปรดทราบว่าการวัดทั้งหมดสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ระบบในตัวเพื่อถอดตัวยึดตัวอย่างออกจากฐาน ทำให้สามารถวัด CT และ XRD-CT ได้อย่างแม่นยำ เครื่องตรวจจับรังสีเอกซ์โหมด WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) ติดตั้งกล้อง CMOS (metal-oxide-semiconductor) ขนาด 4608 × 4608 พิกเซลเพิ่มเติม (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) พร้อมตัวเรืองแสงที่ประกอบด้วยผลึกเดี่ยวลูทีเซียมอะลูมิเนียมการ์เนตหนา 10 µm (Lu3Al5O12:Ce) และเลนส์รีเลย์ ขนาดพิกเซลในโหมด WL อยู่ที่ประมาณ 0.848 µm ดังนั้นขอบเขตการมองเห็น (FOV) ในโหมด WL จึงอยู่ที่ประมาณ 6 มม. ในโหมด CT แบบออฟเซ็ต เครื่องตรวจจับรังสีเอกซ์โหมด NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) ติดตั้งด้วยสารเรืองแสงแกโดลิเนียม-อะลูมิเนียม-แกลเลียมการ์เนต (Gd3Al2Ga3O12) หนา 20 µm กล้อง CMOS (C11440-22CU) ที่มีความละเอียด 2048 × 2048 พิกเซล (Hamamatsu Photonics) และเลนส์ ×20 ขนาดพิกเซลในโหมด NH คือ ~0.25 µm และขอบเขตการมองเห็นคือ ~0.5 มม. ส่วนเครื่องตรวจจับสำหรับโหมด XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) ติดตั้งด้วยสารเรืองแสงที่ประกอบด้วยแผ่นผง P43 (Gd2O2S:Tb) หนา 50 µm กล้อง CMOS ความละเอียด 2304 × 2304 พิกเซล (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) และเลนส์รีเลย์ ตัวตรวจจับมีขนาดพิกเซลที่มีประสิทธิภาพ 19.05 µm และขอบเขตการมองเห็น 43.9 mm² เพื่อเพิ่มขอบเขตการมองเห็น เราได้ใช้กระบวนการ CT แบบออฟเซ็ตในโหมด WL ภาพแสงที่ส่งผ่านสำหรับการสร้างภาพ CT ประกอบด้วยภาพในช่วง 180° ถึง 360° ที่สะท้อนในแนวนอนรอบแกนการหมุน และภาพในช่วง 0° ถึง 180°
ในโหมด XRD ลำแสงเอ็กซ์เรย์จะถูกโฟกัสโดยแผ่นโซนเฟรสเนล ในโหมดนี้ ตัวตรวจจับจะอยู่ห่างจากตัวอย่าง 110 มม. และตัวหยุดลำแสงอยู่ห่างจากตัวตรวจจับ 3 มม. ภาพการเลี้ยวเบนในช่วง 2θ ตั้งแต่ 1.43° ถึง 18.00° (ระยะห่างของตะแกรง d = 16.6–1.32 Å) ได้รับจากการโฟกัสจุดเอ็กซ์เรย์ที่ด้านล่างของขอบเขตการมองเห็นของตัวตรวจจับ ตัวอย่างจะเคลื่อนที่ในแนวตั้งเป็นระยะๆ โดยหมุนครึ่งรอบในแต่ละขั้นตอนการสแกนแนวตั้ง หากอนุภาคแร่ตรงตามเงื่อนไขของแบร็กเมื่อหมุน 180° จะสามารถได้ภาพการเลี้ยวเบนของอนุภาคแร่ในระนาบแนวนอน จากนั้นภาพการเลี้ยวเบนจะถูกรวมเข้าเป็นภาพเดียวสำหรับแต่ละขั้นตอนการสแกนแนวตั้ง เงื่อนไขการวิเคราะห์ SR-XRD-CT เกือบจะเหมือนกับเงื่อนไขการวิเคราะห์ SR-XRD ในโหมด XRD-CT ตัวตรวจจับจะอยู่ห่างจากตัวอย่าง 69 มม. ภาพการเลี้ยวเบนในช่วง 2θ ครอบคลุมช่วงตั้งแต่ 1.2° ถึง 17.68° (d = 19.73 ถึง 1.35 Å) โดยที่ลำแสงเอ็กซ์เรย์และตัวจำกัดลำแสงอยู่ในแนวเดียวกับกึ่งกลางของขอบเขตการมองเห็นของตัวตรวจจับ สแกนตัวอย่างในแนวนอนและหมุนตัวอย่าง 180° ภาพ SR-XRD-CT ถูกสร้างขึ้นใหม่โดยใช้ความเข้มสูงสุดของแร่ธาตุเป็นค่าพิกเซล ในการสแกนแนวนอน โดยทั่วไปตัวอย่างจะถูกสแกน 500–1000 ขั้นตอน
สำหรับการทดลองทั้งหมด พลังงานของรังสีเอกซ์ถูกกำหนดไว้ที่ 30 keV เนื่องจากนี่คือขีดจำกัดล่างของการทะลุทะลวงของรังสีเอกซ์เข้าไปในอุกกาบาตที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6 มม. จำนวนภาพที่ได้สำหรับการวัด CT ทั้งหมดในระหว่างการหมุน 180° คือ 1800 ภาพ (3600 ภาพสำหรับโปรแกรม CT แบบออฟเซ็ต) และเวลาในการเปิดรับแสงสำหรับภาพคือ 100 มิลลิวินาทีสำหรับโหมด WL, 300 มิลลิวินาทีสำหรับโหมด NH, 500 มิลลิวินาทีสำหรับ XRD และ 50 มิลลิวินาทีสำหรับ XRD-CT เวลาในการสแกนตัวอย่างโดยทั่วไปคือประมาณ 10 นาทีในโหมด WL, 15 นาทีในโหมด NH, 3 ชั่วโมงสำหรับ XRD และ 8 ชั่วโมงสำหรับ SR-XRD-CT
ภาพ CT ถูกสร้างขึ้นใหม่โดยใช้การฉายย้อนกลับแบบคอนโวลูชัน และปรับค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนเชิงเส้นให้เป็นมาตรฐานตั้งแต่ 0 ถึง 80 cm-1 ซอฟต์แวร์ Slice ถูกใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูล 3 มิติ และซอฟต์แวร์ muXRD ถูกใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูล XRD
อนุภาค Ryugu ที่ยึดด้วยอีพ็อกซี (A0029, A0037, C0009, C0014 และ C0068) ถูกขัดทีละน้อยบนพื้นผิวจนถึงระดับฟิล์มขัดเพชรขนาด 0.5 µm (3M) ภายใต้สภาวะแห้ง โดยหลีกเลี่ยงไม่ให้วัสดุสัมผัสกับพื้นผิวระหว่างกระบวนการขัด พื้นผิวที่ขัดแล้วของแต่ละตัวอย่างถูกตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงก่อน จากนั้นจึงใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบกระเจิงกลับ (BSE) เพื่อให้ได้ภาพแร่ธาตุและพื้นผิวของตัวอย่าง และภาพองค์ประกอบ NIPR เชิงคุณภาพโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) รุ่น JEOL JSM-7100F ที่ติดตั้งเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบกระจายพลังงาน (AZtec) สำหรับแต่ละตัวอย่าง ปริมาณของธาตุหลักและธาตุรองถูกวิเคราะห์โดยใช้เครื่องวิเคราะห์ไมโครอิเล็กตรอนโพรบ (EPMA, JEOL JXA-8200) วิเคราะห์อนุภาคฟิลโลซิลิเกตและคาร์บอเนตที่ 5 นาโนแอมป์ มาตรฐานธรรมชาติและสังเคราะห์ที่ 15 กิโลโวลต์ ซัลไฟด์ แมกเนไทต์ โอลิวีน และไพรอกซีนที่ 30 นาโนแอมป์ คำนวณเกรดโมดอลจากแผนที่ธาตุและภาพ BSE โดยใช้ซอฟต์แวร์ ImageJ 1.53 โดยกำหนดค่าเกณฑ์ที่เหมาะสมสำหรับแร่แต่ละชนิดตามอำเภอใจ
การวิเคราะห์ไอโซโทปออกซิเจนดำเนินการที่มหาวิทยาลัยเปิด (มิลตัน คีนส์ สหราชอาณาจักร) โดยใช้ระบบฟลูออริเนชันด้วยเลเซอร์อินฟราเรด ตัวอย่าง Hayabusa2 ถูกส่งไปยังมหาวิทยาลัยเปิด 38 ในภาชนะบรรจุไนโตรเจนเพื่อการขนส่งระหว่างสถานที่
การโหลดตัวอย่างทำในกล่องถุงมือไนโตรเจนที่มีการตรวจสอบระดับออกซิเจนต่ำกว่า 0.1% สำหรับงานวิเคราะห์ Hayabusa2 ได้มีการสร้างตัวยึดตัวอย่าง Ni ใหม่ ซึ่งประกอบด้วยรูตัวอย่างเพียงสองรู (เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5 มม. ความลึก 5 มม.) รูหนึ่งสำหรับอนุภาค Hayabusa2 และอีกรูหนึ่งสำหรับมาตรฐานภายในออบซิเดียน ในระหว่างการวิเคราะห์ ช่องใส่ตัวอย่างที่บรรจุวัสดุ Hayabusa2 จะถูกปิดด้วยหน้าต่าง BaF2 ภายในที่มีความหนาประมาณ 1 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม. เพื่อยึดตัวอย่างไว้ในระหว่างปฏิกิริยาเลเซอร์ การไหลของ BrF5 ไปยังตัวอย่างถูกควบคุมโดยช่องผสมก๊าซที่ตัดไว้ในตัวยึดตัวอย่าง Ni ห้องตัวอย่างยังได้รับการปรับเปลี่ยนโครงสร้างใหม่เพื่อให้สามารถถอดออกจากสายฟลูออริเนชันสุญญากาศแล้วเปิดในกล่องถุงมือที่บรรจุไนโตรเจนได้ ห้องสองชิ้นถูกปิดผนึกด้วยซีลอัดพร้อมปะเก็นทองแดงและแคลมป์โซ่ EVAC Quick Release CeFIX 38 หน้าต่าง BaF2 หนา 3 มม. ที่ด้านบนของห้องช่วยให้สามารถสังเกตตัวอย่างและการให้ความร้อนด้วยเลเซอร์ได้พร้อมกัน หลังจากใส่ตัวอย่างแล้ว ให้หนีบห้องตัวอย่างอีกครั้งและเชื่อมต่อเข้ากับท่อฟลูออริเนต ก่อนการวิเคราะห์ ห้องตัวอย่างจะถูกให้ความร้อนภายใต้สุญญากาศที่อุณหภูมิประมาณ 95°C ค้างคืนเพื่อกำจัดความชื้นที่ดูดซับไว้ หลังจากให้ความร้อนค้างคืนแล้ว ปล่อยให้ห้องตัวอย่างเย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง จากนั้นส่วนที่สัมผัสกับบรรยากาศระหว่างการถ่ายโอนตัวอย่างจะถูกไล่ความชื้นด้วย BrF5 จำนวน 3 ครั้ง ขั้นตอนเหล่านี้ทำให้มั่นใจได้ว่าตัวอย่าง Hayabusa 2 จะไม่สัมผัสกับบรรยากาศและไม่ปนเปื้อนด้วยความชื้นจากส่วนของท่อฟลูออริเนตที่ระบายสู่บรรยากาศระหว่างการใส่ตัวอย่าง
ตัวอย่างอนุภาค Ryugu C0014-4 และ Orgueil (CI) ได้รับการวิเคราะห์ในโหมด “เดี่ยว” ที่ดัดแปลงแล้ว42 ในขณะที่การวิเคราะห์ Y-82162 (CY) ดำเนินการบนถาดเดียวที่มีช่องใส่ตัวอย่างหลายช่อง41 เนื่องจากองค์ประกอบที่ปราศจากน้ำ จึงไม่จำเป็นต้องใช้วิธีเดียวสำหรับคอนไดรต์ CY ตัวอย่างถูกให้ความร้อนโดยใช้เลเซอร์อินฟราเรด CO2 ของ Photon Machines Inc. ที่มีกำลังไฟ 50 W (10.6 µm) ติดตั้งบนแกน XYZ ในที่ที่มี BrF5 ระบบวิดีโอในตัวจะตรวจสอบความคืบหน้าของปฏิกิริยา หลังจากฟลูออริเนชันแล้ว O2 ที่ปลดปล่อยออกมาจะถูกกำจัดออกโดยใช้กับดักไนโตรเจนแช่แข็งสองตัวและเตียง KBr ที่ให้ความร้อนเพื่อกำจัดฟลูออรีนส่วนเกิน องค์ประกอบไอโซโทปของออกซิเจนที่บริสุทธิ์ได้รับการวิเคราะห์บนเครื่องสเปกโทรเมตรมวลแบบสองช่องสัญญาณ Thermo Fisher MAT 253 ที่มีความละเอียดมวลประมาณ 200
ในบางกรณี ปริมาณก๊าซ O2 ที่ปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยาของตัวอย่างมีน้อยกว่า 140 µg ซึ่งเป็นขีดจำกัดโดยประมาณของการใช้อุปกรณ์สูบลมบนเครื่องแมสสเปกโทรเมตรี MAT 253 ในกรณีเหล่านี้ ให้ใช้ปริมาตรไมโครเมตรในการวิเคราะห์ หลังจากวิเคราะห์อนุภาค Hayabusa2 แล้ว สารมาตรฐานภายในที่เป็นหินออบซิเดียนจะถูกฟลูออริเนตและกำหนดองค์ประกอบไอโซโทปของออกซิเจน
ไอออนของชิ้นส่วน NF+ NF3+ รบกวนลำแสงที่มีมวล 33 (16O17O) เพื่อขจัดปัญหาที่อาจเกิดขึ้นนี้ ตัวอย่างส่วนใหญ่จึงถูกประมวลผลโดยใช้กระบวนการแยกด้วยความเย็นจัด ซึ่งสามารถทำได้ในทิศทางไปข้างหน้าก่อนการวิเคราะห์ MAT 253 หรือเป็นการวิเคราะห์ครั้งที่สองโดยการส่งก๊าซที่วิเคราะห์แล้วกลับไปยังตะแกรงโมเลกุลพิเศษและส่งผ่านอีกครั้งหลังจากกระบวนการแยกด้วยความเย็นจัด การแยกด้วยความเย็นจัดเกี่ยวข้องกับการจ่ายก๊าซไปยังตะแกรงโมเลกุลที่อุณหภูมิไนโตรเจนเหลว แล้วปล่อยไปยังตะแกรงโมเลกุลหลักที่อุณหภูมิ -130°C การทดสอบอย่างกว้างขวางแสดงให้เห็นว่า NF+ ยังคงอยู่บนตะแกรงโมเลกุลแรกและไม่มีการแยกส่วนที่สำคัญเกิดขึ้นโดยใช้วิธีนี้
จากการวิเคราะห์ซ้ำของมาตรฐานหินออบซิเดียนภายในของเรา ความแม่นยำโดยรวมของระบบในโหมดเบลโลว์คือ: ±0.053‰ สำหรับ δ17O, ±0.095‰ สำหรับ δ18O, ±0.018‰ สำหรับ Δ17O (2 sd) การวิเคราะห์ไอโซโทปออกซิเจนแสดงในรูปแบบสัญลักษณ์เดลต้ามาตรฐาน โดยที่ delta18O คำนวณได้ดังนี้:
นอกจากนี้ ให้ใช้สัดส่วน 17O/16O สำหรับ δ17O ด้วย VSMOW คือมาตรฐานสากลสำหรับมาตรฐานน้ำทะเลเฉลี่ยเวียนนา (Vienna Mean Sea Water Standard) Δ17O แสดงถึงค่าเบี่ยงเบนจากเส้นการแยกส่วนของโลก และสูตรการคำนวณคือ: Δ17O = δ17O – 0.52 × δ18O ข้อมูลทั้งหมดที่แสดงในตารางเสริม 3 ได้รับการปรับค่าช่องว่างแล้ว
ได้ทำการสกัดชิ้นส่วนที่มีความหนาประมาณ 150 ถึง 200 นาโนเมตรจากอนุภาค Ryugu โดยใช้เครื่องมือ FIB รุ่น Hitachi High Tech SMI4050 ที่สถาบันเก็บตัวอย่างแกนดิน Kochi JAMSTEC โปรดทราบว่าชิ้นส่วน FIB ทั้งหมดได้มาจากเศษชิ้นส่วนของอนุภาคที่ยังไม่ผ่านกระบวนการใดๆ หลังจากนำออกจากภาชนะบรรจุแก๊ส N2 เพื่อการถ่ายโอนระหว่างวัตถุ เศษชิ้นส่วนเหล่านี้ไม่ได้ถูกวัดด้วย SR-CT แต่ได้รับการประมวลผลโดยให้สัมผัสกับชั้นบรรยากาศของโลกน้อยที่สุดเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายและการปนเปื้อนที่อาจส่งผลต่อสเปกตรัมขอบ K ของคาร์บอน หลังจากเคลือบชั้นป้องกันทังสเตนแล้ว บริเวณที่สนใจ (ขนาดสูงสุด 25 × 25 μm²) จะถูกตัดและทำให้บางลงด้วยลำแสงไอออน Ga+ ที่แรงดันเร่ง 30 kV จากนั้นที่ 5 kV และกระแสโพรบ 40 pA เพื่อลดความเสียหายที่พื้นผิว จากนั้นชิ้นส่วนบางพิเศษจะถูกวางบนตะแกรงทองแดงขนาดใหญ่ (ตะแกรง Kochi) 39 โดยใช้ไมโครแมนิพิวเลเตอร์ที่ติดตั้ง FIB
เม็ดแร่ Ryugu A0098 (1.6303 มิลลิกรัม) และ C0068 (0.6483 มิลลิกรัม) ถูกปิดผนึกสองชั้นด้วยแผ่นโพลีเอทิลีนบริสุทธิ์สูงในกล่องปลอดอากาศที่บรรจุไนโตรเจนบริสุทธิ์บนเครื่อง SPring-8 โดยไม่มีการสัมผัสกับชั้นบรรยากาศของโลก การเตรียมตัวอย่างสำหรับ JB-1 (หินอ้างอิงทางธรณีวิทยาที่ออกโดยกรมสำรวจธรณีวิทยาแห่งประเทศญี่ปุ่น) ดำเนินการที่มหาวิทยาลัยโตเกียวเมโทรโพลิแทน
INAA จัดขึ้นที่สถาบันวิทยาศาสตร์รังสีและนิวเคลียร์แบบบูรณาการ มหาวิทยาลัยเกียวโต ตัวอย่างถูกฉายรังสีสองครั้งด้วยรอบการฉายรังสีที่แตกต่างกัน ซึ่งเลือกตามครึ่งชีวิตของนิวไคลด์ที่ใช้ในการหาปริมาณธาตุ ครั้งแรก ตัวอย่างถูกฉายรังสีในหลอดฉายรังสีแบบใช้ลมเป็นเวลา 30 วินาที ฟลักซ์ของนิวตรอนความร้อนและนิวตรอนเร็วในรูปที่ 3 คือ 4.6 × 10¹² และ 9.6 × 10¹¹ cm⁻² s⁻¹ ตามลำดับ เพื่อใช้ในการหาปริมาณของ Mg, Al, Ca, Ti, V และ Mn สารเคมี เช่น MgO (ความบริสุทธิ์ 99.99%, Soekawa Chemical), Al (ความบริสุทธิ์ 99.9%, Soekawa Chemical) และโลหะ Si (ความบริสุทธิ์ 99.999%, FUJIFILM Wako Pure Chemical) ก็ถูกฉายรังสีด้วยเพื่อแก้ไขปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่รบกวน เช่น (n, n) นอกจากนี้ ตัวอย่างยังได้รับการฉายรังสีด้วยโซเดียมคลอไรด์ (ความบริสุทธิ์ 99.99%; MANAC) เพื่อแก้ไขการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์นิวตรอน
หลังจากฉายรังสีนิวตรอนแล้ว แผ่นโพลีเอทิลีนด้านนอกถูกเปลี่ยนเป็นแผ่นใหม่ และรังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาจากตัวอย่างและตัวอย่างอ้างอิงถูกวัดทันทีด้วยเครื่องตรวจจับ Ge ตัวอย่างเดียวกันถูกฉายรังสีซ้ำเป็นเวลา 4 ชั่วโมงในหลอดฉายรังสีแบบใช้ลม เครื่องวิเคราะห์นี้ใช้ฟลักซ์นิวตรอนความร้อนและนิวตรอนเร็ว 5.6 x 10¹² และ 1.2 x 10¹² cm⁻² s⁻¹ ตามลำดับ สำหรับการหาปริมาณ Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Se, Sb, Os, Ir และ Au ตัวอย่างควบคุมของ Ga, As, Se, Sb, Os, Ir และ Au ถูกฉายรังสีโดยการใช้สารละลายมาตรฐานที่มีความเข้มข้นที่ทราบของธาตุเหล่านี้ในปริมาณที่เหมาะสม (ตั้งแต่ 10 ถึง 50 μg) ลงบนกระดาษกรองสองแผ่น จากนั้นจึงฉายรังสีตัวอย่าง การนับรังสีแกมมาดำเนินการที่สถาบันรังสีและนิวเคลียร์แบบบูรณาการ มหาวิทยาลัยเกียวโต และศูนย์วิจัย RI มหาวิทยาลัยโตเกียวเมโทรโพลิแทน ขั้นตอนการวิเคราะห์และวัสดุอ้างอิงสำหรับการหาปริมาณธาตุ INAA นั้นเหมือนกับที่อธิบายไว้ในงานวิจัยก่อนหน้านี้ของเรา
มีการใช้เครื่องเอ็กซ์เรย์ดิแฟรกโตมิเตอร์ (Rigaku SmartLab) เพื่อเก็บรวบรวมรูปแบบการเลี้ยวเบนของตัวอย่าง Ryugu หมายเลข A0029 (<1 มก.), A0037 (≪1 มก.) และ C0087 (<1 มก.) ที่ NIPR มีการใช้เครื่องเอ็กซ์เรย์ดิแฟรกโตมิเตอร์ (Rigaku SmartLab) เพื่อเก็บรวบรวมรูปแบบการเลี้ยวเบนของตัวอย่าง Ryugu หมายเลข A0029 (<1 มก.), A0037 (≪1 มก.) และ C0087 (<1 มก.) ที่ NIPR Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (≪1 мг) และ C0087 (<1 мг) ใน NIPR. ใช้เครื่องเอ็กซ์เรย์ดิแฟรกโตมิเตอร์ (Rigaku SmartLab) ในการเก็บรูปแบบการเลี้ยวเบนของตัวอย่าง Ryugu A0029 (<1 มก.), A0037 (≪1 มก.) และ C0087 (<1 มก.) ใน NIPR使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) ใน NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg),A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) ของภาพนี้。使用X 射线衍射仪(Rigaku SmartLab) ใน NIPR 收集Ryugu 样品A0029 (<1 mg),A0037 (<1 mg) 和C0087 (<1 mg) ของภาพนี้。 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) и C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с использованием рентгеновского дифрактометра (ริกากุ สมาร์ทแล็บ) รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของตัวอย่าง Ryugu A0029 (<1 มก.), A0037 (<1 มก.) และ C0087 (<1 มก.) ได้รับการบันทึกที่ NIPR โดยใช้เครื่องเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (Rigaku SmartLab)ตัวอย่างทั้งหมดถูกบดให้เป็นผงละเอียดบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ไม่สะท้อนแสงโดยใช้แผ่นกระจกแซฟไฟร์ จากนั้นจึงกระจายให้ทั่วแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่ไม่สะท้อนแสงโดยปราศจากของเหลวใดๆ (น้ำหรือแอลกอฮอล์) เงื่อนไขการวัดมีดังนี้: รังสีเอกซ์ Cu Kα ถูกสร้างขึ้นที่แรงดันหลอด 40 kV และกระแสหลอด 40 mA ความยาวช่องรับแสงจำกัดคือ 10 มม. มุมกระจายคือ (1/6)° ความเร็วในการหมุนในระนาบคือ 20 รอบต่อนาที และช่วง 2θ (มุมแบร็กคู่) คือ 3-100° และใช้เวลาวิเคราะห์ประมาณ 28 ชั่วโมง ใช้เลนส์แบร็กเบรนทาโน ตัวตรวจจับเป็นตัวตรวจจับเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนแบบหนึ่งมิติ (D/teX Ultra 250) รังสีเอกซ์ Cu Kβ ถูกกำจัดออกโดยใช้ตัวกรอง Ni โดยใช้ตัวอย่างที่มีอยู่ ได้ทำการเปรียบเทียบการวัดค่าของแมกนีเซียมซาโปไนต์สังเคราะห์ (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), เซอร์เพนไทน์ (ซีร์เพนไทน์ใบ, Miyazu, Nikka) และไพร์โรไทต์ (โมโนคลินิก 4C, Chihua, Mexico Watts) เพื่อระบุจุดสูงสุด และใช้ข้อมูลการเลี้ยวเบนของผงจากศูนย์ข้อมูลการเลี้ยวเบนระหว่างประเทศ (International Center for Diffraction Data), โดโลไมต์ (PDF 01-071-1662) และแมกเนไทต์ (PDF 00-019-0629) นอกจากนี้ยังได้เปรียบเทียบข้อมูลการเลี้ยวเบนจาก Ryugu กับข้อมูลของอุกกาบาตคาร์บอนเนเชียสคอนไดรต์ที่ผ่านกระบวนการไฮโดรอัลเทอเรชัน ได้แก่ Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 และ Y 980115 CY (ขั้นตอนการให้ความร้อน III, 500–750°C) การเปรียบเทียบแสดงให้เห็นความคล้ายคลึงกับ Orgueil แต่ไม่คล้ายคลึงกับ Y-791198 และ Y 980115
สเปกตรัม NEXAFS ที่มีขอบคาร์บอน K ของส่วนตัดบางพิเศษของตัวอย่างที่ทำจาก FIB ถูกวัดโดยใช้ช่องสัญญาณ STXM BL4U ที่สถานีซินโครตรอน UVSOR สถาบันวิทยาศาสตร์โมเลกุล (โอคาซากิ ประเทศญี่ปุ่น) ขนาดจุดของลำแสงที่โฟกัสด้วยแผ่นโซนเฟรสเนลมีขนาดประมาณ 50 นาโนเมตร ขั้นตอนพลังงานคือ 0.1 eV สำหรับโครงสร้างละเอียดของบริเวณใกล้ขอบ (283.6–292.0 eV) และ 0.5 eV (280.0–283.5 eV และ 292.5–300.0 eV) สำหรับบริเวณด้านหน้าและด้านหลัง เวลาสำหรับแต่ละพิกเซลภาพถูกตั้งไว้ที่ 2 มิลลิวินาที หลังจากดูดอากาศออกแล้ว ห้องวิเคราะห์ STXM จะถูกเติมด้วยฮีเลียมที่ความดันประมาณ 20 มิลลิบาร์ วิธีนี้ช่วยลดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของอุปกรณ์เลนส์เอ็กซ์เรย์ในห้องและที่ยึดตัวอย่าง รวมถึงลดความเสียหายและ/หรือการออกซิเดชันของตัวอย่าง สเปกตรัมคาร์บอนขอบ K ของ NEXAFS ถูกสร้างขึ้นจากข้อมูลที่ซ้อนกันโดยใช้ซอฟต์แวร์ aXis2000 และซอฟต์แวร์ประมวลผลข้อมูล STXM ที่เป็นกรรมสิทธิ์ โปรดทราบว่ามีการใช้กล่องขนส่งตัวอย่างและกล่องถุงมือเพื่อหลีกเลี่ยงการออกซิเดชันและการปนเปื้อนของตัวอย่าง
หลังจากการวิเคราะห์ STXM-NEXAFS แล้ว องค์ประกอบไอโซโทปของไฮโดรเจน คาร์บอน และไนโตรเจนของชิ้นเนื้อ Ryugu FIB ถูกวิเคราะห์โดยใช้การถ่ายภาพไอโซโทปด้วยเครื่อง JAMSTEC NanoSIMS 50L ลำแสงหลัก Cs+ ที่โฟกัสประมาณ 2 pA สำหรับการวิเคราะห์ไอโซโทปของคาร์บอนและไนโตรเจน และประมาณ 13 pA สำหรับการวิเคราะห์ไอโซโทปของไฮโดรเจน จะถูกฉายไปทั่วพื้นที่ประมาณ 24 × 24 µm² ถึง 30 × 30 µm² บนตัวอย่าง หลังจากพ่นสารตั้งต้นเป็นเวลา 3 นาทีด้วยกระแสลำแสงหลักที่ค่อนข้างแรง การวิเคราะห์แต่ละครั้งจะเริ่มต้นหลังจากความเข้มของลำแสงรองคงที่แล้ว สำหรับการวิเคราะห์ไอโซโทปของคาร์บอนและไนโตรเจน ภาพของ 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– และ 12C15N– ได้รับพร้อมกันโดยใช้การตรวจจับแบบมัลติเพล็กซ์ตัวคูณอิเล็กตรอนเจ็ดตัวด้วยความละเอียดมวลประมาณ 9000 ซึ่งเพียงพอที่จะแยกสารประกอบไอโซโทปที่เกี่ยวข้องทั้งหมดได้ การรบกวน (เช่น 12C1H บน 13C และ 13C14N บน 12C15N) สำหรับการวิเคราะห์ไอโซโทปของไฮโดรเจน ภาพ 1H-, 2D- และ 12C- ได้รับด้วยความละเอียดมวลประมาณ 3000 โดยใช้การตรวจจับหลายตัวโดยใช้ตัวคูณอิเล็กตรอนสามตัว การวิเคราะห์แต่ละครั้งประกอบด้วยภาพสแกน 30 ภาพของพื้นที่เดียวกัน โดยแต่ละภาพประกอบด้วยพิกเซลขนาด 256 × 256 สำหรับการวิเคราะห์ไอโซโทปของคาร์บอนและไนโตรเจน และ 128 × 128 สำหรับการวิเคราะห์ไอโซโทปของไฮโดรเจน เวลาหน่วงคือ 3000 µs ต่อพิกเซลสำหรับการวิเคราะห์ไอโซโทปของคาร์บอนและไนโตรเจน และ 5000 µs ต่อพิกเซลสำหรับการวิเคราะห์ไอโซโทปของไฮโดรเจน เราใช้ 1-ไฮดรอกซีเบนโซไตรอะโซลไฮเดรตเป็นมาตรฐานไอโซโทปของไฮโดรเจน คาร์บอน และไนโตรเจนเพื่อสอบเทียบการแยกส่วนมวลของเครื่องมือ45
เพื่อกำหนดองค์ประกอบไอโซโทปของซิลิคอนในกราไฟต์ก่อนกำเนิดดวงอาทิตย์ในโปรไฟล์ FIB C0068-25 เราใช้ตัวคูณอิเล็กตรอนหกตัวที่มีความละเอียดมวลประมาณ 9000 ภาพประกอบด้วยพิกเซลขนาด 256 × 256 พิกเซล โดยมีเวลาหน่วง 3000 ไมโครวินาทีต่อพิกเซล เราสอบเทียบเครื่องมือแยกส่วนมวลโดยใช้แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนเป็นมาตรฐานไอโซโทปของไฮโดรเจน คาร์บอน และซิลิคอน
ภาพไอโซโทปได้รับการประมวลผลโดยใช้ซอฟต์แวร์การสร้างภาพ NanoSIMS45 ของ NASA ข้อมูลได้รับการแก้ไขสำหรับเวลาหยุดทำงานของตัวคูณอิเล็กตรอน (44 นาโนวินาที) และผลกระทบจากการมาถึงแบบกึ่งพร้อมกัน มีการปรับแนวการสแกนที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละภาพเพื่อแก้ไขการเลื่อนของภาพระหว่างการได้มาซึ่งข้อมูล ภาพไอโซโทปสุดท้ายสร้างขึ้นโดยการรวมไอออนรองจากแต่ละภาพสำหรับแต่ละพิกเซลการสแกน
หลังจากวิเคราะห์ด้วย STXM-NEXAFS และ NanoSIMS แล้ว ส่วนตัด FIB เดียวกันนั้นถูกตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่งผ่าน (JEOL JEM-ARM200F) ที่แรงดันเร่ง 200 kV ที่โคจิ JAMSTEC โครงสร้างจุลภาคถูกสังเกตโดยใช้ TEM แบบส่องสว่างและ TEM แบบสแกนมุมสูงในที่มืด เฟสแร่ถูกระบุโดยการเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนแบบจุดและการสร้างภาพแถบแลตติส และการวิเคราะห์ทางเคมีดำเนินการโดย EDS ด้วยตัวตรวจจับซิลิคอนดริฟต์ขนาด 100 mm² และซอฟต์แวร์ JEOL Analysis Station 4.30 สำหรับการวิเคราะห์เชิงปริมาณ ความเข้มของรังสีเอกซ์ลักษณะเฉพาะสำหรับแต่ละธาตุถูกวัดในโหมดการสแกน TEM ด้วยเวลาการเก็บข้อมูลคงที่ 30 วินาที พื้นที่การสแกนลำแสง ~100 × 100 nm² และกระแสลำแสง 50 pA อัตราส่วน (Si + Al)-Mg-Fe ในซิลิเกตแบบชั้นถูกกำหนดโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ k ที่ได้จากการทดลอง ซึ่งปรับแก้ตามความหนาแล้ว โดยได้มาจากมาตรฐานของไพโรพาการ์เนตธรรมชาติ
ภาพและข้อมูลวิเคราะห์ทั้งหมดที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้มีอยู่ในระบบจัดเก็บและสื่อสารข้อมูลของ JAXA (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2 บทความนี้ให้ข้อมูลต้นฉบับ
Kitari, K. และคณะ องค์ประกอบพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อย 162173 Ryugu ที่สังเกตได้จากเครื่องมือ NIRS3 ของยาน Hayabusa2 Science 364, 272–275
Kim, AJ อุกกาบาตคาร์บอนชนิดยามาโตะ (CY): แบบจำลองของพื้นผิวดาวเคราะห์น้อยริวกุหรือไม่? ธรณีเคมี 79, 125531 (2019)
Pilorjet, S. และคณะ การวิเคราะห์องค์ประกอบครั้งแรกของตัวอย่าง Ryugu ดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ไฮเปอร์สเปกตรัม MicroOmega National Astron. 6, 221–225 (2021)
Yada, T. และคณะ การวิเคราะห์เบื้องต้นของตัวอย่าง Hyabusa2 ที่ได้กลับมาจากดาวเคราะห์น้อยประเภท C ชื่อ Ryugu วารสารดาราศาสตร์แห่งชาติ 6, 214–220 (2021)