Крошечные фрагменты астероида возрастом 4 миллиарда лет раскрывают его историю

В июне 2018 года японская миссия Hayabusa 2 достигла астероида 162173 Ryugu. Она изучала астероид около 15 месяцев, развертывая небольшие марсоходы и посадочный модуль, прежде чем собрать образец и вернуть его на Землю в декабре 2020 года.

Образец Рюгу содержит часть самого древнего, примитивного и неизмененного материала Солнечной системы, открывая окно в ее самые ранние дни, около 4,6 миллиарда лет назад. Он небольшой, всего около 5,4 грамма (0,19 унции). Однако научные приборы, которые исследуют химические характеристики образца, не нуждаются в большом образце.

В новом исследовании ученые изучили крошечные фрагменты Рюгу с помощью усовершенствованного источника фотонов (APS) Аргоннской национальной лаборатории . APS — это ускоритель частиц, который разгоняет фотоны почти до скорости света. Эти фотоны испускают рентгеновские лучи, которые используются в самых разных научных начинаниях. (APS даже участвовал в разработке вакцин от COVID-19.) В этом исследовании рентгеновские лучи APS использовались в специальной технике, называемой мёссбауэровской спектроскопией, которая может определять скорость окисления железа в образце Рюгу.

Исследование называется « Формирование и эволюция углеродистого астероида Рюгу: прямые доказательства из возвращенных образцов ». Оно опубликовано в журнале Science, а ведущим автором является Тетсуя Накамура из Университета Тохоку в Сендае, Япония.

Рюгу — редкий тип астероида. Как спектральный тип Cb, он обладает характеристиками как углеродистых астероидов типа C , самого распространенного типа, так и астероидов типа B , более редкого типа углеродистых астероидов.

JAXA, Японское агентство аэрокосмических исследований, выбрало Рюгу для своей миссии по отбору проб по нескольким причинам. Как околоземный астероид (NEA), Рюгу было легче достичь. Он также классифицируется как примитивный, богатый углеродом астероид, поэтому они надеялись, что он будет содержать органические химикаты, которые содержат подсказки о ранней Солнечной системе. Рюгу также относительно небольшой (900 метров) и вращается медленно, что упрощает отбор проб. Орбита астероида также приближает его к Земле, что облегчает возврат образца.

Рюгу может ответить на некоторые вопросы, все из которых связаны с историей Солнечной системы. Структура и состав Рюгу, включая наличие воды и органического вещества, могут раскрыть подробности о том, как образовались планеты и астероиды, и как эти необходимые для жизни материалы могли быть доставлены на Землю. Ученые также надеялись более подробно классифицировать Рюгу и понять его внутреннюю структуру и то, как он мог эволюционировать. Исследователи также задавались вопросом о ресурсном потенциале астероида.

Ученые, работающие с образцами, уже многому научились. Они обнаружили, что астероид богат органическими веществами, что подтверждает идею о том, что астероиды могли доставить эти материалы на Землю. Рюгу содержит водосодержащие минералы, что свидетельствует о том, что в прошлом на нем было больше воды или водяного льда. Ученые также обнаружили эффекты космического выветривания на поверхности астероида и частицы солнечного ветра, захваченные его зернами.



Художественное представление о том, как Hayabusa2 берет образцы с поверхности астероида Рюгу. Автор: Акихиро Икешита/JAXA
Это новое исследование добавило щедрости к знаниям, предоставленным крошечным образцом весом 5,4 грамма. Исследователи проанализировали 17 частиц Рюгу размером от 1 до ~8 мм. Они были в основном заинтересованы в раскрытии более детального понимания истории астероида. Они хотели найти ответы на несколько конкретных вопросов:

Когда и где сформировалось родительское тело Рюгу?
Каковы изначальный минералогический состав, содержание элементов в целом и химический состав аккрецированных материалов, включая их льдистость?
Как эти материалы эволюционировали в результате химических реакций?
Как Рюгу был изгнан из своего родителя?
APS и его мессбауэровская спектроскопия раскрыли больше подробностей о Рюгу, а исследователи использовали имитаторы столкновений и другие инструменты, чтобы собрать воедино историю астероида и его родителя.

Исследователи обнаружили включения воды, содержащей углекислый газ, в определенном типе кристалла. Это свидетельствует о том, что родительское тело Рюгу образовалось во внешней Солнечной системе, где низкие температуры позволили включить водяной лед. APS также выявил большую концентрацию пирротина в образце. Пирротин — это сульфид железа, который нигде не встречается в фрагментах метеорита, напоминающих Рюгу. Это помогает ограничить местоположение и температуру родительского тела при его формировании. Исследовательская группа утверждает, что родительское тело образовалось примерно через 1,8–2,9 миллиона лет после начала формирования Солнечной системы.


Во внешней Солнечной системе преобладают материалы, которые формируются при низких температурах, и родитель Рюгу в основном состоял изо льда. Родительское тело образовалось за пределами снеговых линий H 2 O и CO 2 и, возможно, за пределами Юпитера.

Образцы пористые и мелкозернистые, что указывает на то, что родительский объект содержал лед, который таял в течение длительного периода времени. Исследователи говорят, что радиоактивное нагревание внутри родительского тела растопило водяной лед около трех миллионов лет назад. Со временем реакции между водой и камнем медленно изменили первоначальную безводную минералогию астероида на в основном водную минералогию.

Первоначально материал был менее изменен на небольших глубинах и более водоносным на более глубоких глубинах. Примерно через пять миллионов лет весь материал в родительском теле достиг максимальной температуры, и водные изменения продолжились.



Катастрофическое лобовое столкновение, которое взорвало родительский объект Рюгу, произошло около миллиарда лет назад. Родительский объект был около 50 км в диаметре, а ударник — около 6 км. Рюгу — это не единый кусок своего родителя. Вместо этого это астероид-куча обломков, скопление обломков, выбитых из его родительского тела ударом. Материал Рюгу возник на разных глубинах на противоположной стороне его родителя от удара, а затем коагулировал в Рюгу.

Это исследование помогает нарисовать хронологию событий, связанных с родителем Рюгу и самим Рюгу в его долгом путешествии по Солнечной системе.

Сам Рюгу начал свое путешествие как часть более крупного тела всего лишь около двух миллионов лет после рождения Солнечной системы. После миллиардов лет в качестве части своего родительского тела он был создан в результате столкновения. Спустя долгое время он проложил себе путь на околоземную орбиту, и в последнее мгновение ока возникло человечество и построило технологическую цивилизацию. Мы связались с этим посланником из прошлого и взяли у него образцы, и он многому нас научил об истории нашей Солнечной системы.


Hayabusa 2 сейчас находится в расширенной миссии по посещению двух других астероидов. В 2026 году он выполнит высокоскоростной пролет мимо астероида S-типа 98943 Torifune . В 2031 году он встретится с 1998 KY26 , небольшим 30-метровым астероидом, который является быстро вращающимся.

«Хаябуса-2» не будет исследовать ни один из этих астероидов, но его наблюдения дополнят его и без того впечатляющий вклад.