Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com.Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế.Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer).Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Dễ bay hơi và giàu chất hữu cơ, các tiểu hành tinh loại C có thể là một trong những nguồn cung cấp nước chính trên Trái đất.Hiện tại, chondrite chứa carbon đưa ra ý tưởng tốt nhất về thành phần hóa học của chúng, nhưng thông tin về thiên thạch bị bóp méo: chỉ những loại bền nhất mới tồn tại khi đi vào bầu khí quyển và sau đó tương tác với môi trường trái đất.Ở đây chúng tôi trình bày kết quả của một nghiên cứu phân tích vi lượng và thể tích chi tiết về hạt Ryugu sơ cấp được tàu vũ trụ Hayabusa-2 mang đến Trái đất.Các hạt Ryugu cho thấy sự kết hợp chặt chẽ về thành phần với các chondrite CI (loại Iwuna) không phân đoạn hóa học nhưng đã thay đổi nước, được sử dụng rộng rãi như một chỉ số về thành phần tổng thể của hệ mặt trời.Mẫu vật này cho thấy mối quan hệ không gian phức tạp giữa các chất hữu cơ giàu chất béo và silicat phân lớp và cho biết nhiệt độ tối đa khoảng 30 °C trong quá trình xói mòn do nước.Chúng tôi đã tìm thấy rất nhiều deuterium và diazonium phù hợp với nguồn gốc ngoài hệ mặt trời.Các hạt Ryugu là vật chất ngoài hành tinh không bị ô nhiễm và không thể tách rời nhất từng được nghiên cứu và phù hợp nhất với thành phần tổng thể của hệ mặt trời.
Từ tháng 6 năm 2018 đến tháng 11 năm 2019, tàu vũ trụ Hayabusa2 của Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) đã tiến hành một cuộc khảo sát từ xa rộng rãi về tiểu hành tinh Ryugu.Dữ liệu từ Máy quang phổ cận hồng ngoại (NIRS3) tại Hayabusa-2 gợi ý rằng Ryugu có thể bao gồm một vật liệu tương tự như chondrite carbon biến chất nhiệt và/hoặc sốc.Kết quả phù hợp nhất là CY chondrite (loại Yamato) 2. Suất phản chiếu thấp của Ryugu có thể được giải thích bằng sự hiện diện của một số lượng lớn các thành phần giàu carbon, cũng như kích thước hạt, độ xốp và hiệu ứng phong hóa không gian.Tàu vũ trụ Hayabusa-2 đã thực hiện hai lần hạ cánh và thu thập mẫu vật trên Ryuga.Trong lần hạ cánh đầu tiên vào ngày 21 tháng 2 năm 2019, vật liệu bề mặt đã được thu thập, được lưu trữ trong ngăn A của viên nang quay trở lại và trong lần hạ cánh thứ hai vào ngày 11 tháng 7 năm 2019, vật liệu đã được thu thập gần một miệng núi lửa nhân tạo được hình thành bởi một thiết bị va chạm di động nhỏ.Các mẫu này được lưu trữ tại Khu C. Đặc tính không phá hủy ban đầu của các hạt trong Giai đoạn 1 trong các buồng đặc biệt, không bị ô nhiễm và chứa đầy nitơ tinh khiết tại các cơ sở do JAXA quản lý cho thấy rằng các hạt Ryugu gần giống nhất với chondrite CI4 và thể hiện “các mức độ biến đổi khác nhau”3 .Sự phân loại dường như mâu thuẫn của Ryugu, tương tự như chondrite CY hoặc CI, chỉ có thể được giải quyết bằng cách mô tả chi tiết các đặc tính đồng vị, nguyên tố và khoáng vật học của các hạt Ryugu.Các kết quả được trình bày ở đây cung cấp cơ sở vững chắc để xác định cách giải thích nào trong số hai cách giải thích sơ bộ này về thành phần tổng thể của tiểu hành tinh Ryugu có khả năng nhất.
Tám viên Ryugu (tổng cộng khoảng 60mg), bốn viên từ Phòng A và bốn viên từ Phòng C, được giao cho Giai đoạn 2 để quản lý nhóm Kochi.Mục tiêu chính của nghiên cứu là làm sáng tỏ bản chất, nguồn gốc và lịch sử tiến hóa của tiểu hành tinh Ryugu, đồng thời ghi lại những điểm tương đồng và khác biệt với các mẫu vật ngoài trái đất đã biết khác như chondrite, hạt bụi liên hành tinh (IDP) và sao chổi quay trở lại.Các mẫu được thu thập bởi sứ mệnh Stardust của NASA.
Phân tích khoáng vật học chi tiết của năm hạt Ryugu (A0029, A0037, C0009, C0014 và C0068) cho thấy chúng chủ yếu bao gồm các phyllosilic hạt mịn và hạt thô (~64–88 vol.%; Hình 1a, b, Hình bổ sung 1).và bảng bổ sung 1).Phyllosilicate hạt thô xuất hiện dưới dạng các tập hợp lông chim (kích thước lên tới hàng chục micron) trong các chất nền giàu phyllosilicate hạt mịn (kích thước nhỏ hơn vài micron).Các hạt silicat phân lớp là các cộng sinh serpentine–saponite (Hình 1c).Bản đồ (Si + Al)-Mg-Fe cũng cho thấy ma trận silicat phân lớp lớn có thành phần trung gian giữa serpentine và saponite (Hình 2a, b).Ma trận phyllosilicate chứa các khoáng chất cacbonat (~2–21 vol.%), khoáng chất sunfua (~2,4–5,5 vol.%) và magnetit (~3,6–6,8 vol.%).Một trong những hạt được kiểm tra trong nghiên cứu này (C0009) chứa một lượng nhỏ (~0,5 thể tích%) silicat khan (olivine và pyroxene), có thể giúp xác định nguồn nguyên liệu tạo nên đá Ryugu thô5.Silicat khan này rất hiếm trong viên Ryugu và chỉ được xác định rõ ràng trong viên C0009.Cacbonat có mặt trong ma trận dưới dạng các mảnh (nhỏ hơn vài trăm micron), chủ yếu là đôlômit, với một lượng nhỏ canxi cacbonat và brinell.Magnetite xuất hiện dưới dạng các hạt bị cô lập, framboit, mảng hoặc tập hợp hình cầu.Sunfua chủ yếu được đại diện bởi pyrrhotite ở dạng lăng trụ/tấm lục giác không đều hoặc thanh.Ma trận chứa một lượng lớn pentlandite subicron hoặc kết hợp với pyrrhotite. Các pha giàu cacbon (kích thước <10 µm) xuất hiện khắp nơi trong ma trận giàu phyllosilicate. Các pha giàu cacbon (kích thước <10 µm) xuất hiện khắp nơi trong ma trận giàu phyllosilicate. Богатые углеродом фазы (размером <10 мкм) встречаются повсеместно в богатой филлосиликата ми матрице. Các pha giàu cacbon (kích thước <10 µm) xuất hiện khắp nơi trong ma trận giàu phyllosilicate.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. Các pha giàu carbon (kích thước <10 µm) chiếm ưu thế trong chất nền giàu phyllosilicate.Các khoáng chất phụ trợ khác được trình bày trong Bảng bổ sung 1. Danh sách các khoáng chất được xác định từ kiểu nhiễu xạ tia X của hỗn hợp C0087 và A0029 và A0037 rất phù hợp với danh sách được xác định trong chondrite CI (Orgueil), nhưng khác rất nhiều so với chondrite CY và CM (loại Mighei) (Hình 1 với dữ liệu mở rộng và Hình bổ sung 2).Tổng hàm lượng nguyên tố của các hạt Ryugu (A0098, C0068) cũng phù hợp với chondrite 6 CI (dữ liệu mở rộng, Hình 2 và Bảng bổ sung 2).Ngược lại, chondrite CM bị cạn kiệt trong các nguyên tố dễ bay hơi và trung bình, đặc biệt là Mn và Zn, và cao hơn trong các nguyên tố chịu lửa7.Nồng độ của một số nguyên tố khác nhau rất nhiều, điều này có thể phản ánh tính không đồng nhất vốn có của mẫu do kích thước nhỏ của các hạt riêng lẻ và kết quả là sai lệch lấy mẫu.Tất cả các đặc điểm thạch học, khoáng vật học và nguyên tố chỉ ra rằng hạt Ryugu rất giống với chondrite CI8,9,10.Một ngoại lệ đáng chú ý là không có ferrihydrite và sulfat trong hạt Ryugu, cho thấy rằng các khoáng chất này trong chondrite CI được hình thành do phong hóa trên mặt đất.
a, Hình ảnh tia X tổng hợp của Mg Kα (đỏ), Ca Kα (xanh lá cây), Fe Kα (xanh dương) và S Kα (vàng) phần đánh bóng khô C0068.Phần này bao gồm các silicat phân lớp (đỏ: ~88 vol%), cacbonat (dolomit; lục nhạt: ~1,6 vol%), magnetit (xanh lam: ~5,3 vol%) và sulfua (vàng: sulfua = ~2,5% vol. tiểu luận. b, hình ảnh của vùng đường viền trong các electron tán xạ ngược trên a. Bru – non; Dole – dolomite; FeS là sulfua sắt; Mag – magnetit; nước trái cây – đá xà phòng; Srp – serpentine. c, vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao bản sao (TEM) của hình ảnh xen kẽ saponite-serpentine điển hình cho thấy các dải mạng serpentine và saponite tương ứng là 0,7 nm và 1,1 nm.
Thành phần ma trận và silicat phân lớp (theo %) của các hạt Ryugu A0037 (vòng tròn đặc màu đỏ) và C0068 (vòng tròn đặc màu xanh lam) được thể hiện trong hệ thống bậc ba (Si+Al)-Mg-Fe.a, Kết quả Vi phân tích Đầu dò Điện tử (EPMA) được vẽ biểu đồ dựa trên CI chondrites (Ivuna, Orgueil, Alais)16 được hiển thị bằng màu xám để so sánh.b, Quét TEM (STEM) và phân tích quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDS) được hiển thị để so sánh với các thiên thạch Orgueil9 và Murchison46 và IDP47 ngậm nước.Phyllosilicat hạt mịn và hạt thô được phân tích, tránh các hạt sắt sunfua nhỏ.Các đường chấm trong a và b thể hiện các đường hòa tan của saponite và serpentine.Thành phần giàu sắt trong a có thể là do các hạt sulfua sắt submicron trong các hạt silicat phân lớp, không thể loại trừ các hạt này bằng độ phân giải không gian của phân tích EPMA.Các điểm dữ liệu có hàm lượng Si cao hơn so với saponite trong b có thể được gây ra bởi sự hiện diện của vật liệu giàu silic vô định hình có kích thước nano trong các kẽ của lớp phyllosilicate.Số lần phân tích: N=69 cho A0037, N=68 cho EPMA, N=68 cho C0068, N=19 cho A0037 và N=27 cho C0068 cho STEM-EDS.c, bản đồ đồng vị của hạt trioxy Ryugu C0014-4 so với các giá trị chondrite CI (Orgueil), CY (Y-82162) và dữ liệu tài liệu (CM và C2-ung)41,48,49.Chúng tôi đã thu được dữ liệu về các thiên thạch Orgueil và Y-82162.CCAM là một dòng khoáng chất chondrite carbon khan, TFL là một đường phân chia đất.bản đồ d, Δ17O và δ18O của hạt Ryugu C0014-4, CI chondrite (Orgueil) và CY chondrite (Y-82162) (nghiên cứu này).Δ17O_Ryugu: Giá trị của Δ17O C0014-1.Δ17O_Orgueil: Giá trị Δ17O trung bình cho Orgueil.Δ17O_Y-82162: Giá trị Δ17O trung bình cho Y-82162.Dữ liệu CI và CY từ tài liệu 41, 48, 49 cũng được hiển thị để so sánh.
Phân tích khối lượng đồng vị oxy được thực hiện trên mẫu vật liệu 1,83 mg được chiết xuất từ ​​C0014 dạng hạt bằng phương pháp florua hóa bằng laze (Phương pháp).Để so sánh, chúng tôi đã chạy bảy bản sao Orgueil (CI) (tổng khối lượng = 8,96 mg) và bảy bản sao Y-82162 (CY) (tổng khối lượng = 5,11 mg) (Bảng bổ trợ 3).
Trên hình.Hình 2d cho thấy sự phân tách rõ ràng Δ17O và δ18O giữa các hạt có trọng lượng trung bình của Orgueil và Ryugu so với Y-82162.Δ17O của hạt Ryugu C0014-4 cao hơn hạt Orgeil, mặc dù có sự chồng lấp ở 2 sd.Các hạt Ryugu có giá trị Δ17O cao hơn so với Orgeil, có thể phản ánh tình trạng ô nhiễm trên mặt đất sau này kể từ khi nó rơi vào năm 1864. Phong hóa trong môi trường trên mặt đất11 nhất thiết dẫn đến sự kết hợp của oxy trong khí quyển, đưa phân tích tổng thể đến gần hơn với đường phân đoạn trên mặt đất (TFL).Kết luận này phù hợp với dữ liệu khoáng vật học (đã thảo luận trước đó) rằng hạt Ryugu không chứa hydrat hoặc sunfat, trong khi Orgeil thì có.
Dựa trên dữ liệu khoáng vật học ở trên, những kết quả này hỗ trợ mối liên hệ giữa hạt Ryugu và chondrite CI, nhưng loại trừ sự liên kết của chondrite CY.Thực tế là các hạt Ryugu không liên quan đến chondrite CY, cho thấy dấu hiệu rõ ràng về khoáng vật mất nước, là điều khó hiểu.Các quan sát quỹ đạo của Ryugu dường như chỉ ra rằng nó đã trải qua quá trình khử nước và do đó có khả năng bao gồm vật liệu CY.Những lý do cho sự khác biệt rõ ràng này vẫn chưa rõ ràng.Phân tích đồng vị oxy của các hạt Ryugu khác được trình bày trong bài báo đồng hành 12. Tuy nhiên, kết quả của bộ dữ liệu mở rộng này cũng phù hợp với mối liên hệ giữa các hạt Ryugu và chondrite CI.
Sử dụng các kỹ thuật phân tích vi mô phối hợp (Hình bổ sung 3), chúng tôi đã kiểm tra sự phân bố không gian của cacbon hữu cơ trên toàn bộ diện tích bề mặt của phần chùm ion hội tụ (FIB) C0068.25 (Hình 3a–f).Phổ hấp thụ tia X cấu trúc mịn của cacbon (NEXAFS) ở cạnh gần trong phần C0068.25 cho thấy một số nhóm chức – thơm hoặc C=C (285,2 eV), C=O (286,5 eV), CH (287,5 eV) và C( =O)O (288,8 eV) – cấu trúc graphene không có ở 291,7 eV (Hình 3a), có nghĩa là mức độ biến đổi nhiệt thấp.Đỉnh CH mạnh (287,5 eV) của một phần chất hữu cơ của C0068,25 khác với các chất hữu cơ không hòa tan của chondrite cacbon được nghiên cứu trước đây và giống với IDP14 hơn và các hạt sao chổi thu được từ sứ mệnh Stardust.Đỉnh CH mạnh ở 287,5 eV và cực đại thơm hoặc C=C rất yếu ở 285,2 eV cho thấy các hợp chất hữu cơ rất giàu hợp chất béo (Hình 3a và Hình bổ sung 3a).Các khu vực giàu hợp chất hữu cơ béo được định vị trong các phyllosilicat hạt thô, cũng như ở các khu vực có cấu trúc carbon thơm (hoặc C=C) kém (Hình 3c, d).Ngược lại, A0037,22 (Hình bổ sung 3) cho thấy một phần hàm lượng các vùng giàu carbon aliphatic thấp hơn.Khoáng vật học cơ bản của các loại ngũ cốc này rất giàu cacbonat, tương tự như chondrite CI 16, cho thấy sự thay đổi rộng rãi của nước nguồn (Bảng bổ sung 1).Các điều kiện oxy hóa sẽ tạo thuận lợi cho nồng độ cao hơn của các nhóm chức cacbonyl và cacboxyl trong các hợp chất hữu cơ liên kết với cacbonat.Sự phân bố subicron của các chất hữu cơ có cấu trúc carbon aliphatic có thể rất khác so với sự phân bố của các silicat phân lớp hạt thô.Gợi ý về các hợp chất hữu cơ béo liên kết với phyllosilicate-OH đã được tìm thấy trong thiên thạch hồ Tagish.Dữ liệu phân tích vi mô phối hợp cho thấy rằng chất hữu cơ giàu hợp chất aliphatic có thể phổ biến rộng rãi trong các tiểu hành tinh loại C và liên kết chặt chẽ với các phyllosilicat.Kết luận này phù hợp với các báo cáo trước đây về các CH béo/thơm trong các hạt Ryugu được thể hiện bởi MicroOmega, một kính hiển vi siêu phổ cận hồng ngoại.Một câu hỏi quan trọng và chưa được giải quyết là liệu các tính chất độc đáo của các hợp chất hữu cơ giàu carbon aliphatic liên quan đến các phyllosilicat hạt thô quan sát được trong nghiên cứu này chỉ được tìm thấy trên tiểu hành tinh Ryugu hay không.
a, Phổ carbon NEXAFS được chuẩn hóa thành 292 eV ở vùng giàu chất thơm (C = C) (màu đỏ), ở vùng giàu aliphatic (màu xanh lá cây) và trong ma trận (màu xanh lam).Đường màu xám là phổ hữu cơ không hòa tan Murchison 13 để so sánh.au, đơn vị trọng tài.b, Hình ảnh quang phổ của kính hiển vi tia X truyền qua quét (STXM) của cạnh K carbon cho thấy phần này bị carbon chi phối.c, Biểu đồ tổng hợp RGB với các vùng giàu thơm (C = C) (màu đỏ), vùng giàu aliphatic (màu xanh lá cây) và ma trận (màu xanh lam).d, các chất hữu cơ giàu hợp chất aliphatic tập trung ở phyllosilicate hạt thô, diện tích được mở rộng từ các ô chấm trắng ở b và c.e, các ống nano lớn (ng-1) trong khu vực được phóng to từ hộp chấm trắng trong b và c.Đối với: pyrrhotite.Pn: niken-cromit.f, Hình ảnh khối phổ ion thứ cấp kích thước nano (NanoSIMS), Hydrogen (1H), Carbon (12C) và Nitrogen (12C14N), hình ảnh tỷ lệ phần tử 12C / 1H và hình ảnh đồng vị chéo δD, δ13C và δ15N - Phần PG-1: than chì tiền năng lượng mặt trời với khả năng làm giàu cực cao 13C (Bảng bổ sung 4).
Các nghiên cứu động học về sự phân hủy chất hữu cơ trong thiên thạch Murchison có thể cung cấp thông tin quan trọng về sự phân bố không đồng nhất của chất hữu cơ béo giàu hạt Ryugu.Nghiên cứu này cho thấy rằng các liên kết CH béo trong chất hữu cơ tồn tại ở nhiệt độ tối đa khoảng 30°C ở gốc và/hoặc thay đổi theo mối quan hệ thời gian-nhiệt độ (ví dụ: 200 năm ở 100°C và 0°C trong 100 triệu năm)..Nếu tiền chất không được nung nóng ở một nhiệt độ nhất định trong hơn một thời gian nhất định, thì sự phân bố ban đầu của các chất hữu cơ béo giàu phyllosilicate có thể được bảo toàn.Tuy nhiên, sự thay đổi nước của đá nguồn có thể làm phức tạp thêm cách giải thích này, vì A0037 giàu cacbonat không cho thấy bất kỳ vùng aliphatic giàu cacbon nào liên quan đến phyllosilicat.Sự thay đổi nhiệt độ thấp này gần tương ứng với sự hiện diện của fenspat khối trong hạt Ryugu (Bảng bổ sung 1) 20.
Phân số C0068.25 (ng-1; Fig. 3a–c,e) chứa một tầng nano lớn thể hiện tính thơm cao (hoặc C=C), béo vừa phải và quang phổ yếu của C(=O)O và C=O..Dấu hiệu của carbon béo không khớp với dấu hiệu của các chất hữu cơ không hòa tan số lượng lớn và các hạt cầu nano hữu cơ liên kết với chondrite (Hình 3a) 17,21.Phân tích quang phổ Raman và hồng ngoại của các hạt cầu nano ở hồ Tagish cho thấy chúng bao gồm các hợp chất hữu cơ béo và bị oxy hóa và các hợp chất hữu cơ thơm đa vòng rối loạn có cấu trúc phức tạp22,23.Do ma trận xung quanh chứa các chất hữu cơ giàu hợp chất béo, chữ ký của carbon béo trong ng-1 có thể là một vật phẩm phân tích.Thật thú vị, ng-1 chứa các silicat vô định hình nhúng (Hình 3e), một kết cấu chưa được báo cáo cho bất kỳ chất hữu cơ ngoài trái đất nào.Các silicat vô định hình có thể là các thành phần tự nhiên của ng-1 hoặc là kết quả của quá trình vô định hình các silicat dạng nước/khan bằng ion và/hoặc chùm tia điện tử trong quá trình phân tích.
Hình ảnh ion NanoSIMS của phần C0068.25 (Hình 3f) cho thấy những thay đổi đồng nhất trong δ13C và δ15N, ngoại trừ các hạt tiền năng lượng mặt trời có độ làm giàu 13C lớn là 30.811‰ (PG-1 trong hình ảnh δ13C trong Hình 3f) (Bảng bổ trợ 4).Ảnh hạt cơ bản tia X và ảnh TEM độ phân giải cao chỉ hiển thị nồng độ carbon và khoảng cách giữa các mặt phẳng cơ bản là 0,3 nm, tương ứng với than chì.Đáng chú ý là các giá trị của δD (841 ± 394‰) và δ15N (169 ± 95‰), được làm giàu trong chất hữu cơ aliphatic liên kết với các phyllosilicat hạt thô, hóa ra lại cao hơn một chút so với mức trung bình của toàn vùng C (δD = 528 ± 139‰).‰, δ15N = 67 ± 15 ‰) trong C0068.25 (Bảng bổ sung 4).Quan sát này gợi ý rằng các chất hữu cơ giàu aliphatic trong phyllosilicate hạt thô có thể nguyên thủy hơn các chất hữu cơ xung quanh, vì chất hữu cơ sau có thể đã trải qua quá trình trao đổi đồng vị với nước xung quanh trong vật thể ban đầu.Ngoài ra, những thay đổi đồng vị này cũng có thể liên quan đến quá trình hình thành ban đầu.Người ta giải thích rằng các silicat phân lớp hạt mịn trong chondrite CI được hình thành do sự thay đổi liên tục của các cụm silicat khan hạt thô ban đầu.Chất hữu cơ giàu aliphatic có thể đã hình thành từ các phân tử tiền thân trong đĩa tiền hành tinh hoặc môi trường giữa các vì sao trước khi hình thành hệ mặt trời, và sau đó bị thay đổi một chút trong quá trình thay nước của thiên thể mẹ Ryugu (lớn). Kích thước (<1,0 km) của Ryugu quá nhỏ để duy trì đủ nhiệt bên trong để biến đổi nước tạo thành khoáng chất ngậm nước25. Kích thước (<1,0 km) của Ryugu quá nhỏ để duy trì đủ nhiệt bên trong để biến đổi nước tạo thành khoáng chất ngậm nước25. Размер (<1,0 км) Рюгу слишком мал, чтобы поддерживать достаточное внутреннее тепло для в одного изменения с образованием водных минералов25. Kích thước (<1,0 km) Ryugu quá nhỏ để duy trì đủ nhiệt bên trong để thay đổi nước tạo thành khoáng chất trong nước25. 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 во ды с образованием водных минералов25. Kích thước của Ryugu (<1,0 km) quá nhỏ để hỗ trợ nội nhiệt thay đổi nước để tạo thành nước khoáng25.Do đó, những người tiền nhiệm Ryugu có kích thước hàng chục km có thể được yêu cầu.Chất hữu cơ giàu hợp chất béo có thể giữ lại tỷ lệ đồng vị ban đầu của chúng do liên kết với các phyllosilicat hạt thô.Tuy nhiên, bản chất chính xác của các chất mang nặng đồng vị vẫn chưa chắc chắn do sự pha trộn phức tạp và tinh vi của các thành phần khác nhau trong các phân số FIB này.Đây có thể là các chất hữu cơ giàu hợp chất béo trong hạt Ryugu hoặc phyllosilicate thô bao quanh chúng.Lưu ý rằng chất hữu cơ trong hầu hết tất cả các chondrite carbon (bao gồm cả chondrite CI) có xu hướng giàu D hơn trong phyllosilicate, ngoại trừ các thiên thạch CM Paris 24, 26.
Biểu đồ thể tích δD và δ15N của lát cắt FIB thu được cho A0002.23 và A0002.26, A0037.22 và A0037.23 và C0068.23, C0068.25 và C0068.26 lát cắt FIB (tổng cộng bảy lát cắt FIB từ ba hạt Ryugu) So sánh NanoSIMS với các vật thể khác của hệ mặt trời được thể hiện trong hình.4 (Bảng bổ trợ 4)27,28.Những thay đổi về âm lượng trong δD và δ15N trong các cấu hình A0002, A0037 và C0068 nhất quán với những thay đổi trong IDP, nhưng cao hơn trong các chondrite CM và CI (Hình 4).Lưu ý rằng phạm vi giá trị δD của mẫu Sao chổi 29 (-240 đến 1655‰) lớn hơn so với Ryugu.Theo quy luật, thể tích δD và δ15N của các mặt cắt Ryukyu nhỏ hơn mức trung bình của các sao chổi thuộc họ Sao Mộc và đám mây Oort (Hình 4).Các giá trị δD thấp hơn của chondrite CI có thể phản ánh ảnh hưởng của ô nhiễm trên mặt đất trong các mẫu này.Do sự tương đồng giữa Bells, Lake Tagish và IDP, sự không đồng nhất lớn về giá trị δD và δN trong các hạt Ryugu có thể phản ánh những thay đổi trong dấu hiệu đồng vị ban đầu của các thành phần hữu cơ và nước trong hệ mặt trời sơ khai.Những thay đổi đồng vị tương tự trong δD và δN trong các hạt Ryugu và IDP gợi ý rằng cả hai có thể đã hình thành từ vật chất từ ​​cùng một nguồn.Người ta tin rằng IDP bắt nguồn từ các nguồn sao chổi 14 .Do đó, Ryugu có thể chứa vật chất giống sao chổi và/hoặc ít nhất là phần ngoài của hệ mặt trời.Tuy nhiên, điều này có thể khó khăn hơn những gì chúng tôi trình bày ở đây do (1) hỗn hợp nước hình cầu và nước giàu D trên cơ thể mẹ 31 và (2) tỷ lệ D/H của sao chổi là một hàm của hoạt động sao chổi 32 .Tuy nhiên, nguyên nhân của sự không đồng nhất quan sát được của các đồng vị hydro và nitơ trong các hạt Ryugu vẫn chưa được hiểu đầy đủ, một phần là do số lượng phân tích hạn chế hiện nay.Kết quả của các hệ thống đồng vị hydro và nitơ vẫn làm tăng khả năng Ryugu chứa hầu hết vật chất từ ​​bên ngoài Hệ Mặt trời và do đó có thể cho thấy một số điểm tương đồng với sao chổi.Hồ sơ Ryugu cho thấy không có mối tương quan rõ ràng giữa δ13C và δ15N (Bảng bổ sung 4).
Thành phần đồng vị H và N tổng thể của các hạt Ryugu (vòng tròn màu đỏ: A0002, A0037; vòng tròn màu xanh lam: C0068) tương quan với cấp sao Mặt Trời 27, họ trung bình của Sao Mộc (JFC27) và sao chổi đám mây Oort (OCC27), IDP28 và các sao chổi chứa cacbon.So sánh thiên thạch 27 (CI, CM, CR, C2-ung).Thành phần đồng vị được đưa ra trong Bảng bổ sung 4. Các đường chấm chấm là các giá trị đồng vị trên mặt đất của H và N.
Việc vận chuyển các chất dễ bay hơi (ví dụ như chất hữu cơ và nước) đến Trái đất vẫn là một mối quan tâm26,27,33.Chất hữu cơ submicron kết hợp với phyllosilicat thô trong các hạt Ryugu được xác định trong nghiên cứu này có thể là một nguồn chất bay hơi quan trọng.Chất hữu cơ trong phyllosilicate hạt thô được bảo vệ tốt hơn khỏi sự phân hủy16,34 và phân hủy35 so với chất hữu cơ trong chất nền hạt mịn.Thành phần đồng vị nặng hơn của hydro trong các hạt có nghĩa là chúng không có khả năng là nguồn chất bay hơi duy nhất được mang đến Trái đất sơ khai.Chúng có thể được trộn lẫn với các thành phần có thành phần đồng vị hydro nhẹ hơn, như đã được đề xuất gần đây trong giả thuyết về sự hiện diện của nước do gió mặt trời điều khiển trong silicat.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ ra rằng các thiên thạch CI, mặc dù có tầm quan trọng về mặt địa hóa học với tư cách là đại diện cho thành phần tổng thể của hệ mặt trời,6,10 là các mẫu bị ô nhiễm trên mặt đất.Chúng tôi cũng cung cấp bằng chứng trực tiếp về sự tương tác giữa chất hữu cơ giàu chất béo và các khoáng chất ngậm nước lân cận và gợi ý rằng Ryugu có thể chứa vật chất ngoài hệ mặt trời37.Kết quả của nghiên cứu này chứng minh rõ ràng tầm quan trọng của việc lấy mẫu trực tiếp các protoasteroid và sự cần thiết phải vận chuyển các mẫu được trả lại trong điều kiện hoàn toàn trơ và vô trùng.Bằng chứng được trình bày ở đây cho thấy rằng các hạt Ryugu chắc chắn là một trong những vật liệu hệ mặt trời không bị ô nhiễm nhất hiện có cho nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu thêm về các mẫu quý giá này chắc chắn sẽ mở rộng hiểu biết của chúng ta về các quá trình ban đầu của hệ mặt trời.Các hạt Ryugu là đại diện tốt nhất cho thành phần tổng thể của hệ mặt trời.
Để xác định cấu trúc vi mô phức tạp và tính chất hóa học của các mẫu ở quy mô subicron, chúng tôi đã sử dụng phương pháp chụp cắt lớp vi tính dựa trên bức xạ synchrotron (SR-XCT) và nhiễu xạ tia X SR (XRD)-CT, phân tích FIB-STXM-NEXAFS-NanoSIMS-TEM.Không bị suy thoái, ô nhiễm do bầu khí quyển của trái đất và không bị hư hại do các hạt mịn hoặc mẫu cơ học.Trong thời gian chờ đợi, chúng tôi đã tiến hành phân tích thể tích có hệ thống bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM)-EDS, EPMA, XRD, phân tích kích hoạt neutron bằng dụng cụ (INAA) và thiết bị flo hóa đồng vị oxy bằng laze.Các quy trình xét nghiệm được trình bày trong Hình 3 bổ sung và mỗi xét nghiệm được mô tả trong các phần sau.
Các hạt từ tiểu hành tinh Ryugu đã được phục hồi từ mô-đun quay lại Hayabusa-2 và được chuyển đến Trung tâm điều khiển JAXA ở Sagamihara, Nhật Bản mà không gây ô nhiễm bầu khí quyển của Trái đất4.Sau khi mô tả đặc tính ban đầu và không phá hủy tại cơ sở do JAXA quản lý, hãy sử dụng các vật chứa chuyển giao giữa các địa điểm có thể bịt kín và túi đựng mẫu (thép không gỉ và tinh thể sapphire có đường kính 10 hoặc 15 mm, tùy thuộc vào kích thước mẫu) để tránh nhiễu môi trường.môi trường.y và/hoặc các chất gây ô nhiễm nền (ví dụ: hơi nước, hydrocacbon, khí trong khí quyển và các hạt mịn) và ô nhiễm chéo giữa các mẫu trong quá trình chuẩn bị và vận chuyển mẫu giữa các viện và trường đại học38.Để tránh suy thoái và ô nhiễm do tương tác với bầu khí quyển của trái đất (hơi nước và oxy), tất cả các loại chuẩn bị mẫu (bao gồm đục bằng máy đục tantali, sử dụng cưa dây kim cương cân bằng (Meiwa Fosis Corporation DWS 3400) và cắt epoxy) chuẩn bị lắp đặt) được thực hiện trong hộp đựng găng tay ở điều kiện N2 khô sạch (điểm sương: -80 đến -60 °C, O2 ~50-100 ppm).Tất cả các vật dụng được sử dụng ở đây đều được làm sạch bằng sự kết hợp giữa nước siêu tinh khiết và ethanol bằng sóng siêu âm có tần số khác nhau.
Ở đây chúng tôi nghiên cứu bộ sưu tập thiên thạch của Viện nghiên cứu địa cực quốc gia (NIPR) của Trung tâm nghiên cứu thiên thạch Nam Cực (CI: Orgueil, CM2.4: Yamato (Y)-791198, CY: Y-82162 và CY: Y 980115).
Để truyền giữa các thiết bị cho phân tích SR-XCT, NanoSIMS, STXM-NEXAFS và TEM, chúng tôi đã sử dụng bộ giữ mẫu siêu mỏng phổ quát được mô tả trong các nghiên cứu trước đây38.
Phân tích SR-XCT của các mẫu Ryugu được thực hiện bằng hệ thống CT tích hợp BL20XU/SPring-8.Hệ thống CT tích hợp bao gồm nhiều chế độ đo khác nhau: chế độ trường nhìn rộng và độ phân giải thấp (WL) để chụp toàn bộ cấu trúc của mẫu, trường nhìn hẹp và chế độ độ phân giải cao (NH) để đo chính xác diện tích mẫu.quan tâm và chụp X quang để thu được hình ảnh nhiễu xạ của thể tích mẫu và thực hiện XRD-CT để thu được giản đồ 2D của các pha khoáng vật phẳng nằm ngang trong mẫu.Lưu ý rằng tất cả các phép đo có thể được thực hiện mà không cần sử dụng hệ thống tích hợp để tháo giá đỡ mẫu khỏi đế, cho phép đo CT và XRD-CT chính xác.Máy dò tia X chế độ WL (BM AA40P; Hamamatsu Photonics) được trang bị thêm một máy ảnh bán dẫn oxit kim loại (CMOS) 4608 × 4608 pixel (C14120-20P; Hamamatsu Photonics) với một đèn nhấp nháy bao gồm 10 garnet nhôm lutetium độ dày đơn tinh thể (Lu3Al5O12: Ce) và thấu kính chuyển tiếp.Kích thước pixel ở chế độ WL là khoảng 0,848 µm.Do đó, trường nhìn (FOV) ở chế độ WL xấp xỉ 6 mm ở chế độ CT bù.Máy dò tia X chế độ NH (BM AA50; Hamamatsu Photonics) được trang bị máy phát quang garnet gadolinium-nhôm-gallium (Gd3Al2Ga3O12) dày 20 µm, máy ảnh CMOS (C11440-22CU) với độ phân giải 2048 × 2048 pixel;Hamamatsu Photonics) và ống kính ×20.Kích thước pixel ở chế độ NH là ~0,25 µm và trường nhìn là ~0,5 mm.Máy dò cho chế độ XRD (BM AA60; Hamamatsu Photonics) được trang bị một thiết bị nhấp nháy bao gồm màn hình bột P43 (Gd2O2S:Tb) dày 50 µm, một máy ảnh CMOS độ phân giải 2304 × 2304 pixel (C15440-20UP; Hamamatsu Photonics) và một ống kính chuyển tiếp.Máy dò có kích thước pixel hiệu dụng là 19,05 µm và trường nhìn là 43,9 mm2.Để tăng FOV, chúng tôi đã áp dụng quy trình CT bù ở chế độ WL.Hình ảnh ánh sáng truyền qua để tái tạo CT bao gồm một hình ảnh trong phạm vi 180° đến 360° được phản xạ theo chiều ngang xung quanh trục quay và một hình ảnh trong phạm vi 0° đến 180°.
Ở chế độ XRD, chùm tia X được hội tụ bởi một tấm vùng Fresnel.Ở chế độ này, máy dò được đặt phía sau mẫu 110 mm và điểm dừng chùm tia ở phía trước máy dò 3 mm.Hình ảnh nhiễu xạ trong phạm vi 2θ từ 1,43° đến 18,00° (bước cách tử d = 16,6–1,32 Å) thu được với vệt tia X hội tụ ở đáy trường quan sát của máy dò.Mẫu di chuyển theo chiều dọc đều đặn, với một nửa vòng cho mỗi bước quét dọc.Nếu các hạt khoáng vật thỏa mãn điều kiện Bragg khi quay 180°, thì có thể thu được nhiễu xạ của các hạt khoáng vật trong mặt phẳng nằm ngang.Các hình ảnh nhiễu xạ sau đó được kết hợp thành một hình ảnh cho mỗi bước quét dọc.Các điều kiện của xét nghiệm SR-XRD-CT gần giống như các điều kiện của xét nghiệm SR-XRD.Ở chế độ XRD-CT, máy dò được đặt phía sau mẫu 69 mm.Hình ảnh nhiễu xạ trong phạm vi 2θ nằm trong khoảng từ 1,2° đến 17,68° (d = 19,73 đến 1,35 Å), trong đó cả chùm tia X và bộ giới hạn chùm tia đều thẳng hàng với tâm trường nhìn của máy dò.Quét mẫu theo chiều ngang và xoay mẫu 180°.Các hình ảnh SR-XRD-CT được tái tạo với cường độ khoáng chất cao nhất dưới dạng giá trị pixel.Với quét ngang, mẫu thường được quét theo 500–1000 bước.
Đối với tất cả các thí nghiệm, năng lượng tia X được cố định ở mức 30 keV, vì đây là giới hạn dưới của sự xuyên thấu tia X vào các thiên thạch có đường kính khoảng 6 mm.Số lượng hình ảnh thu được cho tất cả các phép đo CT trong khi xoay 180° là 1800 (3600 đối với chương trình CT offset) và thời gian phơi sáng của hình ảnh là 100 mili giây đối với chế độ WL, 300 mili giây đối với chế độ NH, 500 mili giây đối với XRD và 50 mili giây .ms đối với XRD-CT ms.Thời gian quét mẫu điển hình là khoảng 10 phút ở chế độ WL, 15 phút ở chế độ NH, 3 giờ đối với XRD và 8 giờ đối với SR-XRD-CT.
Hình ảnh CT được tái tạo bằng phép chiếu ngược tích chập và được chuẩn hóa cho hệ số suy giảm tuyến tính từ 0 đến 80 cm-1.Phần mềm Slice được sử dụng để phân tích dữ liệu 3D và phần mềm muXRD được sử dụng để phân tích dữ liệu XRD.
Các hạt Ryugu cố định epoxy (A0029, A0037, C0009, C0014 và C0068) dần dần được đánh bóng trên bề mặt đến mức độ của một màng phủ kim cương 0,5 µm (3M) trong điều kiện khô ráo, tránh để vật liệu tiếp xúc với bề mặt trong quá trình đánh bóng.Bề mặt được đánh bóng của từng mẫu trước tiên được kiểm tra bằng kính hiển vi ánh sáng và sau đó các electron tán xạ ngược để thu được hình ảnh cấu trúc và khoáng vật học (BSE) của các mẫu và các nguyên tố NIPR định tính bằng cách sử dụng JEOL JSM-7100F SEM được trang bị máy quang phổ tán sắc năng lượng (AZtec).năng lượng) hình.Đối với mỗi mẫu, hàm lượng của các nguyên tố chính và phụ được phân tích bằng máy vi phân đầu dò điện tử (EPMA, JEOL JXA-8200).Phân tích các hạt phyllosilicate và cacbonat ở 5 nA, tiêu chuẩn tự nhiên và tổng hợp ở 15 keV, sunfua, magnetit, olivine và pyroxene ở 30 nA.Các loại phương thức được tính toán từ bản đồ phần tử và hình ảnh BSE bằng phần mềm ImageJ 1.53 với các ngưỡng thích hợp được đặt tùy ý cho từng khoáng chất.
Phân tích đồng vị oxy được thực hiện tại Đại học Mở (Milton Keynes, Vương quốc Anh) bằng hệ thống florua hóa bằng tia hồng ngoại.Các mẫu Hayabusa2 đã được chuyển đến Đại học Mở 38 trong các thùng chứa đầy nitơ để chuyển giữa các cơ sở.
Tải mẫu được thực hiện trong hộp găng tay nitơ với mức oxy được theo dõi dưới 0,1%.Đối với công việc phân tích Hayabusa2, một giá đỡ mẫu Ni mới đã được chế tạo, chỉ bao gồm hai lỗ mẫu (đường kính 2,5 mm, độ sâu 5 mm), một lỗ dành cho các hạt Hayabusa2 và lỗ còn lại dành cho chất chuẩn nội obsidian.Trong quá trình phân tích, giếng mẫu chứa vật liệu Hayabusa2 được phủ một cửa sổ BaF2 bên trong dày khoảng 1 mm và có đường kính 3 mm để giữ mẫu trong quá trình phản ứng laze.Dòng BrF5 đến mẫu được duy trì nhờ kênh trộn khí được cắt trong giá đỡ mẫu Ni.Buồng mẫu cũng được cấu hình lại để có thể lấy ra khỏi dây chuyền florua chân không và sau đó mở trong hộp đựng găng tay chứa đầy nitơ.Buồng hai mảnh được bịt kín bằng phớt nén có đệm bằng đồng và kẹp xích EVAC Quick Release CeFIX 38.Cửa sổ BaF2 dày 3 mm trên đỉnh buồng cho phép quan sát đồng thời mẫu và gia nhiệt bằng laser.Sau khi nạp mẫu, kẹp buồng lại và kết nối lại với đường dẫn flo.Trước khi phân tích, buồng mẫu được gia nhiệt trong chân không đến khoảng 95°C qua đêm để loại bỏ mọi hơi ẩm bị hấp phụ.Sau khi gia nhiệt qua đêm, khoang được để nguội đến nhiệt độ phòng và sau đó phần tiếp xúc với khí quyển trong quá trình chuyển mẫu được làm sạch bằng ba phần nhỏ BrF5 để loại bỏ độ ẩm.Các quy trình này đảm bảo rằng mẫu Hayabusa 2 không tiếp xúc với không khí và không bị ô nhiễm bởi hơi ẩm từ phần của dây chuyền flo hóa được thoát ra ngoài khí quyển trong quá trình nạp mẫu.
Các mẫu hạt Ryugu C0014-4 và Orgueil (CI) được phân tích ở chế độ “đơn” đã sửa đổi42, trong khi phân tích Y-82162 (CY) được thực hiện trên một khay đơn có nhiều giếng mẫu41.Do thành phần khan của chúng, không cần thiết phải sử dụng một phương pháp duy nhất cho CY chondrites.Các mẫu được làm nóng bằng laser CO2 hồng ngoại của Photon Machines Inc.công suất 50 W (10,6 µm) được gắn trên giàn XYZ với sự có mặt của BrF5.Hệ thống video tích hợp theo dõi quá trình phản ứng.Sau khi flo hóa, O2 giải phóng được lọc bằng cách sử dụng hai bẫy nitơ đông lạnh và một lớp KBr được làm nóng để loại bỏ bất kỳ lượng flo dư thừa nào.Thành phần đồng vị của oxy tinh khiết được phân tích trên máy quang phổ khối hai kênh Thermo Fisher MAT 253 với độ phân giải khối khoảng 200.
Trong một số trường hợp, lượng khí O2 thoát ra trong quá trình phản ứng của mẫu nhỏ hơn 140 µg, đây là giới hạn gần đúng của việc sử dụng thiết bị ống thổi trên khối phổ kế MAT 253.Trong những trường hợp này, hãy sử dụng microvolume để phân tích.Sau khi phân tích các hạt Hayabusa2, chất chuẩn nội obsidian được flo hóa và thành phần đồng vị oxy của nó được xác định.
Các ion của mảnh NF+ NF3+ cản trở chùm tia có khối lượng 33 (16O17O).Để loại bỏ vấn đề tiềm ẩn này, hầu hết các mẫu được xử lý bằng quy trình tách đông lạnh.Điều này có thể được thực hiện theo hướng thuận trước khi phân tích MAT 253 hoặc như một phép phân tích thứ hai bằng cách đưa khí đã phân tích trở lại sàng phân tử đặc biệt và cho khí đi qua lại sau quá trình tách đông lạnh.Quá trình tách đông lạnh liên quan đến việc cung cấp khí cho một sàng phân tử ở nhiệt độ nitơ lỏng và sau đó xả khí vào một sàng phân tử sơ cấp ở nhiệt độ -130°C.Thử nghiệm mở rộng đã chỉ ra rằng NF+ vẫn còn trên sàng phân tử đầu tiên và không có sự phân đoạn đáng kể nào xảy ra khi sử dụng phương pháp này.
Dựa trên các phân tích lặp đi lặp lại về các tiêu chuẩn obsidian nội bộ của chúng tôi, độ chính xác chung của hệ thống ở chế độ ống xếp là: ±0,053‰ đối với δ17O, ±0,095‰ đối với δ18O, ±0,018‰ đối với Δ17O (2 sd).Phân tích đồng vị oxy được đưa ra trong ký hiệu delta tiêu chuẩn, trong đó delta18O được tính như sau:
Cũng sử dụng tỷ lệ 17O/16O cho δ17O.VSMOW là tiêu chuẩn quốc tế cho Tiêu chuẩn nước biển trung bình của Viên.Δ17O biểu thị độ lệch so với đường phân số trái đất và công thức tính toán là: Δ17O = δ17O – 0,52 × δ18O.Tất cả dữ liệu được trình bày trong Bảng bổ sung 3 đã được điều chỉnh khoảng cách.
Các phần dày khoảng 150 đến 200nm được chiết xuất từ ​​​​các hạt Ryugu bằng thiết bị FIB Công nghệ cao SMI4050 của Hitachi tại JAMSTEC, Viện lấy mẫu lõi Kochi.Lưu ý rằng tất cả các phần FIB đã được phục hồi từ các mảnh chưa xử lý của các hạt chưa xử lý sau khi được lấy ra khỏi các bình chứa đầy khí N2 để truyền giữa các đối tượng.Những mảnh vỡ này không được đo bằng SR-CT, nhưng được xử lý với mức độ tiếp xúc tối thiểu với bầu khí quyển của trái đất để tránh thiệt hại và ô nhiễm tiềm ẩn có thể ảnh hưởng đến quang phổ K-edge carbon.Sau khi lắng đọng lớp bảo vệ vonfram, vùng quan tâm (lên tới 25 × 25 μm2) được cắt và làm mỏng bằng chùm ion Ga+ ở điện áp gia tốc 30 kV, sau đó ở 5 kV và dòng điện thăm dò 40 pA để giảm thiểu thiệt hại bề mặt.Các phần siêu mỏng sau đó được đặt trên một lưới đồng mở rộng (lưới Kochi) 39 bằng cách sử dụng một bộ vi thao tác được trang bị FIB.
Các viên Ryugu A0098 (1,6303mg) và C0068 (0,6483mg) được niêm phong hai lần trong các tấm polyetylen có độ tinh khiết cao tinh khiết trong hộp găng tay chứa đầy nitơ tinh khiết trên SPring-8 mà không có bất kỳ tương tác nào với bầu khí quyển của trái đất.Việc chuẩn bị mẫu cho JB-1 (đá tham chiếu địa chất do Cục Khảo sát Địa chất Nhật Bản cấp) đã được thực hiện tại Đại học Thủ đô Tokyo.
INAA được tổ chức tại Viện Khoa học Hạt nhân và Bức xạ Tích hợp, Đại học Kyoto.Các mẫu được chiếu xạ hai lần với các chu kỳ chiếu xạ khác nhau được chọn tùy theo chu kỳ bán rã của nuclide được sử dụng để định lượng nguyên tố.Đầu tiên, mẫu được chiếu xạ trong ống chiếu xạ khí nén trong 30 giây.Dòng neutron nhiệt và neutron nhanh trong hình.3 lần lượt là 4,6 × 1012 và 9,6 × 1011 cm-2 s-1 để xác định hàm lượng của Mg, Al, Ca, Ti, V và Mn.Các hóa chất như MgO (độ tinh khiết 99,99%, Hóa chất Soekawa), Al (độ tinh khiết 99,9%, Hóa chất Soekawa) và kim loại Si (độ tinh khiết 99,999%, Hóa chất tinh khiết FUJIFILM Wako) cũng được chiếu xạ để hiệu chỉnh các phản ứng hạt nhân gây cản trở như (n, n).Mẫu cũng được chiếu xạ bằng natri clorua (độ tinh khiết 99,99%; MANAC) để hiệu chỉnh những thay đổi trong dòng neutron.
Sau khi chiếu xạ neutron, tấm polyetylen bên ngoài được thay thế bằng tấm mới và bức xạ gamma do mẫu và tài liệu tham khảo phát ra ngay lập tức được đo bằng máy dò Ge.Các mẫu tương tự được chiếu xạ lại trong 4 giờ trong ống chiếu xạ khí nén.2 có thông lượng neutron nhanh và nhiệt lần lượt là 5,6 1012 và 1,2 1012 cm-2 s-1, để xác định Na, K, Ca, Sc, Cr, Fe, Co, Ni, Zn, Ga, As, Hàm lượng Se, Sb, Os, Ir và Au.Các mẫu đối chứng của Ga, As, Se, Sb, Os, Ir và Au được chiếu xạ bằng cách cho một lượng thích hợp (từ 10 đến 50 μg) dung dịch chuẩn có nồng độ đã biết của các nguyên tố này lên hai mảnh giấy lọc, sau đó chiếu xạ các mẫu.Việc đếm tia gamma được thực hiện tại Viện Khoa học Hạt nhân và Bức xạ Tích hợp, Đại học Kyoto và Trung tâm Nghiên cứu RI, Đại học Thủ đô Tokyo.Các quy trình phân tích và tài liệu tham khảo để xác định định lượng các nguyên tố INAA giống như các quy trình được mô tả trong công việc trước đây của chúng tôi.
Máy đo nhiễu xạ tia X (Rigaku SmartLab) đã được sử dụng để thu thập các mẫu nhiễu xạ của các mẫu Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) và C0087 (<1 mg) tại NIPR. Máy đo nhiễu xạ tia X (Rigaku SmartLab) đã được sử dụng để thu thập các mẫu nhiễu xạ của các mẫu Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) và C0087 (<1 mg) tại NIPR. Рентгеновский дифрактометр (Rigaku SmartLab) использовали для сбора дифракционных картин образцов Ryugu A00 29 (<1 мг), A0037 (≪1 мг) và C0087 (<1 мг) в NIPR. Máy đo nhiễu xạ tia X (Rigaku SmartLab) đã được sử dụng để thu thập các mẫu nhiễu xạ của các mẫu Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (≪1 mg) và C0087 (<1 mg) trong 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) 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。 Дифрактограммы образцов Ryugu A0029 (<1 мг), A0037 (<1 мг) và C0087 (<1 мг) были получены в NIPR с использ ованием рентгеновского дифрактометра (Rigaku SmartLab). Các mẫu nhiễu xạ tia X của các mẫu Ryugu A0029 (<1 mg), A0037 (<1 mg) và C0087 (<1 mg) thu được tại NIPR bằng máy đo nhiễu xạ tia X (Rigaku SmartLab).Tất cả các mẫu được nghiền thành bột mịn trên tấm bán dẫn silicon không phản chiếu sử dụng tấm kính sapphire và sau đó trải đều trên tấm bán dẫn bán dẫn silicon không phản chiếu mà không có bất kỳ chất lỏng nào (nước hoặc cồn).Các điều kiện đo như sau: Bức xạ tia X Cu Kα được tạo ra ở điện áp ống 40 kV và dòng điện ống 40 mA, chiều dài khe giới hạn là 10 mm, góc phân kỳ là (1/6)°, tốc độ quay trong mặt phẳng là 20 vòng/phút và phạm vi là 2θ (góc Bragg kép) là 3-100° và mất khoảng 28 giờ để phân tích.Hệ thống quang học Bragg Brentano đã được sử dụng.Máy dò là máy dò bán dẫn silicon một chiều (D/teX Ultra 250).Tia X của Cu Kβ được loại bỏ bằng bộ lọc Ni.Sử dụng các mẫu có sẵn, các phép đo saponite magnesi tổng hợp (JCSS-3501, Kunimine Industries CO. Ltd), serpentine (serpentine lá, Miyazu, Nikka) và pyrrhotite (monoclinic 4C, Chihua, Mexico Watts) được so sánh để xác định các đỉnh và sử dụng dữ liệu nhiễu xạ dữ liệu tệp bột từ Trung tâm dữ liệu nhiễu xạ quốc tế, dolomite (PDF 01-071-1662) và magnetit (PDF 00-019-0629).Dữ liệu nhiễu xạ từ Ryugu cũng được so sánh với dữ liệu về chondrite cacbon biến đổi thủy hóa, Orgueil CI, Y-791198 CM2.4 và Y 980115 CY (giai đoạn gia nhiệt III, 500–750°C).So sánh cho thấy những điểm tương đồng với Orgueil, nhưng không giống với Y-791198 và Y 980115.
Phổ NEXAFS với cạnh carbon K của các phần mẫu siêu mỏng làm từ FIB được đo bằng kênh STXM BL4U tại cơ sở synchrotron UVSOR tại Viện Khoa học Phân tử (Okazaki, Nhật Bản).Kích thước điểm của chùm tia hội tụ quang học với tấm vùng Fresnel là khoảng 50 nm.Bước năng lượng là 0,1 eV đối với cấu trúc mịn của vùng cạnh gần (283,6–292,0 eV) và 0,5 eV (280,0–283,5 eV và 292,5–300,0 eV) đối với các vùng trước và sau.thời gian cho mỗi pixel hình ảnh được đặt thành 2 ms.Sau khi sơ tán, buồng phân tích STXM chứa đầy khí heli ở áp suất khoảng 20 mbar.Điều này giúp giảm thiểu độ trôi nhiệt của thiết bị quang học tia X trong buồng và giá đỡ mẫu, cũng như giảm hư hỏng mẫu và/hoặc quá trình oxy hóa.Phổ carbon cạnh K của NEXAFS được tạo từ dữ liệu xếp chồng lên nhau bằng phần mềm aXis2000 và phần mềm xử lý dữ liệu STXM độc quyền.Lưu ý rằng hộp chuyển mẫu và hộp đựng găng tay được sử dụng để tránh ô nhiễm và oxy hóa mẫu.
Sau khi phân tích STXM-NEXAFS, thành phần đồng vị của hydro, cacbon và nitơ của các lát FIB Ryugu được phân tích bằng cách sử dụng hình ảnh đồng vị với JAMSTEC NanoSIMS 50L.Một chùm tia sơ cấp Cs+ hội tụ khoảng 2 pA để phân tích đồng vị cacbon và nitơ và khoảng 13 pA để phân tích đồng vị hydro được tạo ra trên một diện tích khoảng 24 × 24 µm2 đến 30 × 30 µm2 trên mẫu.Sau 3 phút phun trước ở cường độ chùm tia sơ cấp tương đối mạnh, mỗi phân tích được bắt đầu sau khi ổn định cường độ chùm tia thứ cấp.Để phân tích các đồng vị cacbon và nitơ, hình ảnh của 12C–, 13C–, 16O–, 12C14N– và 12C15N– thu được đồng thời bằng cách sử dụng phương pháp phát hiện ghép kênh bảy nhân điện tử với độ phân giải khối lượng xấp xỉ 9000, đủ để tách tất cả các hợp chất đồng vị có liên quan.nhiễu (tức là 12C1H trên 13C và 13C14N trên 12C15N).Để phân tích các đồng vị hydro, hình ảnh 1H-, 2D- và 12C- thu được với độ phân giải khối lượng xấp xỉ 3000 với nhiều phát hiện sử dụng ba hệ số nhân điện tử.Mỗi phân tích bao gồm 30 hình ảnh được quét trong cùng một khu vực, với một hình ảnh bao gồm 256 × 256 pixel để phân tích đồng vị carbon và nitơ và 128 × 128 pixel để phân tích đồng vị hydro.Thời gian trễ là 3000 µs trên mỗi pixel đối với phân tích đồng vị carbon và nitơ và 5000 µs trên mỗi pixel đối với phân tích đồng vị hydro.Chúng tôi đã sử dụng 1-hydroxybenzotriazole hydrat làm chất chuẩn đồng vị hydro, carbon và nitơ để hiệu chuẩn thiết bị phân đoạn khối lượng45.
Để xác định thành phần đồng vị silic của than chì tiền năng lượng mặt trời trong cấu hình FIB C0068-25, chúng tôi đã sử dụng sáu hệ số nhân điện tử với độ phân giải khối lượng khoảng 9000. Hình ảnh bao gồm 256 × 256 pixel với thời gian trễ là 3000 µs trên mỗi pixel.Chúng tôi đã hiệu chuẩn một thiết bị phân tách khối lượng bằng cách sử dụng các tấm silicon làm chất chuẩn đồng vị hydro, carbon và silicon.
Hình ảnh đồng vị được xử lý bằng phần mềm hình ảnh NanoSIMS45 của NASA.Dữ liệu đã được sửa chữa cho thời gian chết của hệ số nhân điện tử (44 ns) và các hiệu ứng đến gần như đồng thời.Căn chỉnh quét khác nhau cho mỗi hình ảnh để sửa lỗi trôi hình ảnh trong quá trình thu nhận.Hình ảnh đồng vị cuối cùng được tạo bằng cách thêm các ion thứ cấp từ mỗi hình ảnh cho mỗi pixel quét.
Sau khi phân tích STXM-NEXAFS và NanoSIMS, các phần FIB tương tự đã được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (JEOL JEM-ARM200F) ở điện áp gia tốc 200 kV tại Kochi, JAMSTEC.Cấu trúc vi mô được quan sát bằng TEM trường sáng và TEM quét góc cao trong trường tối.Các pha khoáng chất được xác định bằng nhiễu xạ điện tử điểm và hình ảnh dải mạng, và phân tích hóa học được thực hiện bởi EDS với máy dò độ trôi silicon 100 mm2 và phần mềm JEOL Analysis Station 4.30.Đối với phân tích định lượng, cường độ tia X đặc trưng cho từng nguyên tố được đo ở chế độ quét TEM với thời gian thu thập dữ liệu cố định là 30 giây, vùng quét chùm tia ~100 × 100 nm2 và cường độ dòng tia 50 pA.Tỷ lệ (Si + Al)-Mg-Fe trong silicat phân lớp được xác định bằng cách sử dụng hệ số thực nghiệm k, được hiệu chỉnh theo độ dày, thu được từ tiêu chuẩn của pyropagarnet tự nhiên.
Tất cả các hình ảnh và phân tích được sử dụng trong nghiên cứu này đều có trên Hệ thống liên lạc và lưu trữ dữ liệu JAXA (DARTS) https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2.Bài báo này cung cấp dữ liệu gốc.
Kitari, K. và cộng sự.Thành phần bề mặt của tiểu hành tinh 162173 Ryugu được quan sát bởi thiết bị Hayabusa2 NIRS3.Khoa học 364, 272–275.
Kim, AJ Chondrite carbon loại Yamato (CY): chất tương tự của bề mặt tiểu hành tinh Ryugu?Địa hóa 79, 125531 (2019).
Pilorjet, S. và cộng sự.Phân tích thành phần đầu tiên của các mẫu Ryugu được thực hiện bằng kính hiển vi siêu âm MicroOmega.Nhà thiên văn quốc gia6, 221–225 (2021).
Yada, T. và cộng sự.Phân tích sơ bộ mẫu Hyabusa2 được trả về từ tiểu hành tinh loại C Ryugu.Nhà thiên văn quốc gia6, 214–220 (2021).