Newswise — Год назад ученые впервые увидели материал, собранный с соседнего астероида 162173 Рюгу. Теперь результаты этих исследований раскрыты, и они проливают свет на историю нашей Солнечной системы и долгий путь этого космического странника.
На своей ближайшей орбите астероид 162173 Рюгу находится всего в 60 000 милях от Земли. Это только четверть расстояния до Луны. Но, согласно недавно опубликованным результатам международной группы ученых, этот кусок камня начал свое космическое путешествие более 4 миллиардов лет назад и находился за миллиарды миль от нас во внешней части нашей Солнечной системы. Он путешествовал к нам через космос, попутно знакомясь с историей этого уголка вселенной.
Эти откровения — лишь часть результатов глобальных усилий по изучению образцов с поверхности Рюгу. Эти частички астероидной пыли были тщательно собраны и доставлены обратно на Землю аппаратом «Хаябуса-2», миссией японского космического агентства JAXA, а затем отправлены в учреждения по всему миру. Ученые подвергли эти крошечные фрагменты десяткам экспериментов, чтобы раскрыть их секреты, определить, из чего они сделаны и как мог образоваться астероид, из которого они произошли.
«Для ученых-планетологов это информация первой степени, поступающая непосредственно из Солнечной системы, и, следовательно, она бесценна». — Эсен Эркан Альп, заслуженный научный сотрудник Аргонны
Получившаяся статья недавно опубликовано в журнале Science, включает авторов из более чем 100 учреждений в 11 странах. В их число входит Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики США (DOE), в которой находится усовершенствованный источник фотонов (APS), пользовательский объект Управления науки Министерства энергетики США. APS генерирует сверхяркие рентгеновские лучи, которые можно использовать для определения химического и структурного состава образцов атом за атомом.
Заслуженный научный сотрудник Аргонны Эсен Эркан Альп возглавил исследовательскую группу в Аргонне, в которую входят физик и руководитель группы Джиюн Чжао и физик Майкл Ху, а также ученый Барбара Лавина из Аргоннского и Чикагского университетов. Все являются соавторами статьи.
Альп и его команда работали в течение многих лет, чтобы быть включенными в это исследование. Ключевым вкладом APS, по словам Альпа, является особая рентгеновская техника, на которой он и его команда специализируются. Она называется мессбауэровской спектроскопией в честь немецкого физика Рудольфа Мессбауэра и очень чувствительна к крошечным изменениям в химическом составе образцов. Этот метод позволил Альпу и его команде определить химический состав этих фрагментов частица за частицей.
То, что они и их международные коллеги обнаружили, было удивительным, сказал Альп.
«Есть достаточно доказательств того, что Рюгу начал свою деятельность во внешней Солнечной системе», — сказал он. «Астероиды, обнаруженные во внешних пределах Солнечной системы, будут иметь другие характеристики, чем те, которые находятся ближе к Солнцу».
По словам Альпа, APS нашла несколько доказательств, подтверждающих эту гипотезу. Во-первых, частицы, из которых состоит астероид, намного мельче, чем можно было бы ожидать, если бы он образовался при более высоких температурах. Во-вторых, структура осколков пористая, а это значит, что когда-то она содержала воду и лед. По словам Альпа, более низкие температуры и лед гораздо чаще встречаются во внешней части Солнечной системы.
Фрагменты Рюгу очень малы — от 400 микрон, или размером с шесть человеческих волос, до 1 миллиметра в диаметре. Но рентгеновский луч, используемый на линии луча 3-ID-B, может быть сфокусирован до 15 микрон. Команда смогла провести несколько измерений на каждом из фрагментов. Они обнаружили одинаковую пористую мелкозернистую структуру во всех образцах.
Благодаря точно настроенным возможностям спектроскопии APS команда смогла измерить степень окисления, которому подверглись образцы. Это было особенно интересно, поскольку сами осколки никогда не подвергались воздействию кислорода — они были доставлены в вакуумных контейнерах в первозданном виде после путешествия в космосе.
Хотя команда APS действительно обнаружила химический состав, похожий на метеориты, упавшие на Землю, в частности группу из них, называемых хондритами CI, из которых, как известно, существует только девять на планете, они обнаружили нечто, что отличало фрагменты Рюгу.
Спектроскопические измерения обнаружили большое количество пирротина, сульфида железа, которого нигде нет в дюжине образцов метеоритов, которые также изучала команда, любезно предоставленных французскими сотрудниками Матье Роско (Национальный музей естественной истории) и Пьером Беком (Университет Гренобль-Альпы). . Этот результат также помогает ученым ограничить температуру и местоположение родительского астероида Рюгу в момент его образования.
«Наши результаты и результаты других групп показывают, что эти образцы астероидов отличаются от метеоритов, особенно потому, что метеориты прошли через огненный вход в атмосферу, выветривание и, в частности, окисление на Земле», — сказал Ху. «Это захватывающе, потому что это совершенно другой образец из далекой Солнечной системы».
Объединив все данные, в документе изложена многомиллиардная история 162173 года Рюгу. Когда-то он был частью гораздо более крупного астероида, который образовался примерно через 2 миллиона лет после Солнечной системы — примерно 4,5 миллиарда лет назад. Он был сделан из множества различных материалов, включая воду и лед из углекислого газа, и в течение следующих трех миллионов лет лед растаял. Это привело к тому, что внутренняя часть была увлажнена, а поверхность стала более сухой.
Около миллиарда лет назад другой кусок космического камня столкнулся с этим астероидом, разбив его на части и разбросав обломки, и некоторые из этих фрагментов слились в астероид Рюгу, который мы знаем сегодня.
«Для ученых-планетологов это информация первой степени, поступающая непосредственно из Солнечной системы, и поэтому она бесценна», — сказал Альп.
Аргоннская команда планирует свой собственный документ, в котором подробно рассказывается о своих рентгеновских методах и результатах. По их словам, участие в таком большом многонациональном научном проекте было захватывающим, и они с нетерпением ждут участия в будущих экспериментах такого типа.
«Для нас участие в таком хорошо скоординированном международном исследовательском проекте было захватывающим и сложным опытом». — сказал Чжао. «С обновление до APS в работе который будет доставлять еще более яркие рентгеновские лучи, мы ожидаем изучения большего количества подобных материалов с далеких астероидов и планет».
Этот проект частично финансировался за счет гранта Франция и Чикаго сотрудничают в области науки (FACCTS), находящийся в ведении Чикагского университета.
О усовершенствованном источнике фотонов
Усовершенствованный источник фотонов (APS) Управления науки Министерства энергетики США в Аргоннской национальной лаборатории является одним из самых производительных в мире источников рентгеновского излучения. APS обеспечивает рентгеновские лучи высокой яркости для разнообразного сообщества исследователей в области материаловедения, химии, физики конденсированных сред, наук о жизни и окружающей среде, а также прикладных исследований. Эти рентгеновские лучи идеально подходят для исследования материалов и биологических структур; элементарное распределение; химические, магнитные, электронные состояния; и широкий спектр технологически важных инженерных систем от батареи распылителям топливных форсунок, которые являются основой экономического, технологического и физического благополучия нашей страны. Каждый год более 5000 исследователей используют APS для выпуска более 2000 публикаций с подробным описанием важных открытий и решают больше жизненно важных структур биологических белков, чем пользователи любого другого исследовательского центра рентгеновского излучения. Ученые и инженеры APS внедряют инновационные технологии, лежащие в основе совершенствования операций с ускорителями и источниками света. Это включает в себя устройства для ввода, которые производят рентгеновские лучи чрезвычайной яркости, которые ценятся исследователями, линзы, которые фокусируют рентгеновские лучи до нескольких нанометров, инструменты, которые максимизируют способ взаимодействия рентгеновских лучей с изучаемыми образцами, и программное обеспечение, которое собирает и управляет огромным количеством данных, полученных в результате исследований в APS.
В этом исследовании использовались ресурсы Advanced Photon Source, пользовательского объекта Управления науки Министерства энергетики США, управляемого для Управления науки Министерства энергетики Аргоннской национальной лабораторией по контракту № DE-AC02-06CH11357.
Аргоннская национальная лаборатория ищет решения насущных национальных проблем в области науки и техники. Аргоннская первая в стране национальная лаборатория проводит передовые фундаментальные и прикладные научные исследования практически во всех научных дисциплинах. Исследователи Аргонны тесно сотрудничают с исследователями из сотен компаний, университетов, а также федеральных, государственных и муниципальных учреждений, чтобы помочь им решить их конкретные проблемы, укрепить научное лидерство Америки и подготовить нацию к лучшему будущему. Компания Argonne, в которой работают сотрудники из более чем 60 стран, управляется UChicago Argonne, LLC для Управление науки Министерства энергетики США.
Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим сторонником фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите https://energy.gov/sience.
