В 2020 году беспилотный космический аппарат Hayabusa2 успешно доставил на Землю небольшие фрагменты с околоземного астероида Рюгу. Эти образцы стали первыми первозданными материалами, полученными с углеродистого астероида. Зёрна из этих образцов были изучены в Национальном источнике синхротронного излучения II (NSLS-II), что позволило получить новые сведения о составе и происхождении астероида. Эти данные могут помочь ответить на важные вопросы о том, как вода и органические вещества появились на ранней Земле, формируя строительные блоки жизни.
NSLS-II — это установка, используемая учёными из Управления энергетики США (DOE) в Брукхейвенской национальной лаборатории. В этом научном сотрудничестве участвуют учёные из Университета Стони-Брук, Брукхейвенской лаборатории, Государственного университета Нью-Йорка в Платтсбурге, Токийского технологического института и Университета Брауна.
Миссия Hayabusa2 была организована Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA). Запуск состоялся в декабре 2014 года, а посадка на Рюгу — в феврале 2019 года. 6 декабря 2020 года космический аппарат совершил облёт Земли, чтобы сбросить герметично запечатанные капсулы с образцами, которые были сохранены с помощью парашютов, раскрывшихся после падения через атмосферу.
Целью миссии было получение образцов с Рюгу, чтобы учёные могли лучше понять происхождение и эволюционную историю примитивных астероидов, богатых органикой. Эти знания могут рассказать нам больше о том, как формировались планеты нашей Солнечной системы.
Рюгу, открытый в 1999 году, вероятно, произошёл из более крупного протопланетного тела, сформировавшегося в холодных внешних пределах Солнечной системы. Его состав включал водяной лёд и углекислый газ. Это тело было слегка нагрето до температуры около 100 градусов Цельсия короткоживущими радиоактивными элементами, что привело к таянию льдов и перемещению жидкостей, которые взаимодействовали с исходными минеральными и органическими компонентами, образуя множество вторичных соединений.
Эти процессы не только создали новые минералы, которых нет на Земле, но и катализировали сложные органические молекулы, такие как аминокислоты, необходимые для жизни. Всё это произошло около 4,7 миллиарда лет назад, и материал с тех пор практически не изменился в межпланетном пространстве. Образцы, взятые с Рюгу, содержат следы этих процессов в ранние дни Солнечной системы.
Группа исследователей получила два крошечных фрагмента астероида: одно зерно с его поверхности и другое из подповерхностного слоя. В NSLS-II команда изучала зёрна, используя новую комбинацию рентгеновских методов, которые предоставили информацию о микромасштабной химии внутри образцов, включая конкретные элементы, их распределение и локальную молекулярную структуру. Важно отметить, что эти рентгеновские методы являются неинвазивными и не требуют физического разрезания ценных образцов.
По словам руководителя проекта Пола Нортрапа из Университета Стони-Брук, «красота этих комбинированных методов заключается в том, что мы можем измерить химический состав как внешней, так и внутренней части образца, не повреждая его. Это важно для сохранения таких редких и уникальных образцов, особенно когда сотни исследователей конкурируют за доступ к столь малому количеству материала».
Исследования проводились на двух линиях пучков NSLS-II: линии рентгеновской флуоресцентной микропробы (XFM) и линии мягкой рентгеновской абсорбционной спектроскопии (TES). Группа использовала два метода рентгеновской визуализации: флуоресцентную компьютерную микротомографию с розовым излучением на линии XFM и микроспектроскопию с мягким рентгеновским излучением на линии TES.
«Это настоящее удовольствие — работать с такой сплочённой командой учёных из разных областей, чтобы охарактеризовать материалы, собранные из космоса», — сказал Райан Тапперро, ведущий учёный на линии XFM.
Результаты группы показывают, что зёрна астероида состоят из широкого спектра минералов и соединений, содержащих такие элементы, как селен, марганец, железо, сера, фосфор, кремний и кальций.
Например, марганец в основном присутствовал в виде доломита и анкерита, содержащих марганец, — оба являются карбонатными минералами. Железо присутствовало в виде сульфидного минерала пирротина и оксидного минерала магнетита. Медь присутствовала в виде сульфида меди. Фосфор был обнаружен в двух формах: в виде минерала гидроксиапатита, более известного как минерал в зубах и костях, а также в виде редкого фосфидного минерала, которого нет на Земле.
Эти данные начинают рассказывать историю о начальных материалах астероида и их ранних взаимодействиях с жидкостями. В частности, отслеживание серы в различных формах в образцах важно, поскольку сера играет важную роль в химии жидкостей и является компонентом некоторых органических соединений.
В целом результаты указывают на то, что на астероиде было несколько этапов воздействия жидкостей. Эта информация помогает лучше определить последовательность активности жидкостей и процессов, которые привели к текущему составу Рюгу и других углеродистых астероидов.
Недавно миссия NASA OSIRIS-REx вернулась с образцами, собранными с другого углеродистого астероида — Бенну. Эта же исследовательская группа с нетерпением ждёт сравнения этих новых образцов с Рюгу, используя линии визуализации в NSLS-II.
Это исследование было опубликовано в выпуске журнала Geosciences от 19 апреля 2024 года.
Предоставлено Брукхейвенской национальной лабораторией.