6 Minuten
Retos asteroido grūdelės atneša į Žemę senovinę chemiją
Dvi mikroskopinės dalelės, pargabentos JAXA misijos Hayabusa2, suteikia mokslininkams precedento neturintį vaizdą į cheminius procesus iš Saulės sistemos ankstyvųjų dienų. Surinktos ir į Žemę pristatytos 2020 m., šios grūdelės kilusios iš skirtingų anglies turtingo asteroido Ryugu sluoksnių: viena iš atvirai atsidengusio paviršiaus, kita iš vidinių sluoksnių. Kartu jos veikia kaip išsaugotos laiko kapsulės, išlaikiusios mineralinius ir cheminius žymenis, kuriuos Žemėje seniai užtrynė tektonika, erozija ir biologinis perdirbimas.
Tik 5,4 gramo Ryugu medžiagos buvo grąžinta iš viso, o tarptautinė tyrimų grupė, vadovaujama geoscientisto Paulo Northrup, gavo tik 9,3 miligramo detalesniems tyrimams. Dėl tokio riboto kiekio neardomos, aukštos tikslumo vaizdavimo ir žemėlapių sudarymo technikos buvo būtinos, kad būtų galima išgauti maksimaliai informacijos sunaudojant minimalų mėginių kiekį.
Mokslinis fonas ir misijos kontekstas
Didelės skiriamosios gebos Ryugu grūdelės pjūvis, rodantis seleną (raudona), geležį (žalia) ir manganą (mėlyna). (BNL)
Ryugu yra anglies turtingas (karbonatinis) asteroidas – primityvi klasė objektų, turtingų organinės kilmės medžiagomis, hidratintais mineralais ir lakiomis medžiagomis. Tokie kūnai susiformavo Saulės sistemos išorinėse srityse ir patyrė palyginti mažai pokyčių, todėl saugo įrašus apie saulės dulkių debesies cheminię sudėtį, vandens sąveikas ir elementų inventorių, kurie sėjo jaunus planetų branduolius.
Hayabusa2 buvo suprojektuota pargabenti nepakitusį medžiagos mėginį į laboratorijas Žemėje. Mėginių parvežimo misijų privalumas tas, kad žemės laboratorijose yra instrumentai, kurių negalima išskristi į kosmosą: sinchrotroninės rentgeno spinduliuotės linijos, elektroniniai mikroskopai ir masės spektrometrai, galintys aptikti pėdsakinius elementus ir žemėlapiuoti jų erdvinius santykius submikrono mastu. Kadangi Žemė perdirbo daugumą savo ankstyvosios plutonos užgrobų, asteroido fragmentai kaip Ryugu yra geriausios išlikusios primityvios Saulės sistemos medžiagos archyvos.
Misijos analizė ir vaizdavimo metodai
Energetinis Ryugu grūdelės žemėlapis, rodantis fosforą, sierą ir silicią. (Northrup et al., Geosciences, 2025)
Northrup ir kolegos taikė dvi papildančias rentgeno vaizdavimo metodikas, kad ištirtų kiekvienos grūdelės išorinę ir vidinę struktūrą neardydami mėginių. Naudodami pažangų neardomą rentgeno žemėlapiavimą ir tomografinį vaizdavimą, komanda identifikavo daugybę elementų ir mineralinių fazių, įskaitant seleną, manganą, geležį, sierą, fosforą, silicią ir kalcį. Šie elementų žemėlapiai atskleidžia, kaip elementai erdviškai susieti – tai esminis rakto elementas skaitant vandens sąveikų ir mineralinių nusėdimo istoriją tėviniame kūne.
Neardomas vaizdavimas: kodėl tai svarbu
Neardomos technikos leidžia tyrėjams išsaugoti ribotą mėginių atsargą tuo pačiu sprendžiant chemines heterogeniškumas mikrometro ir submikrometro mastu. Kaip Northrup yra pabrėžęs, ši galimybė yra itin svarbi, kai šimtai tyrėjų siekia prieigos prie mažyčių alikotų vieno vertingiausių Saulės sistemos mėginių rinkinių.
Pagrindinis atradimas: fosfidas ir naujas hidratuotas fosfato mineralas
Reikšmingas rezultatas, praneštas 2024 m. rentgeno tyrime ir išplėtotas Brookhaven nacionalinės laboratorijos pranešime spaudai, buvo fosforo identifikavimas dviejose skirtingose cheminėse aplinkose Ryugu grūdelėse: fosfato forma, panaši į mineralus, randamus dantyse ir kauluose Žemėje, ir retesnė fosfido forma, anksčiau neaptikta žemės geologijoje. Vėlesnės, detalesnės mineraloginės analizės 2024 m. atskleidė Ryugu medžiagoje hidratuotą amonio‑magnio‑fosforą (HAMP). HAMP yra kristalinis, hidratuotas amonio‑magnio‑fosfato mineralas, natūraliai Žemėje neišplitęs ir turintis panašumų su struvitu – amonio fosfato mineralu, susijusiu su biologiniais procesais.
Struvitas dažnai siejamas su biologiniu nusėdimu ir yra svarbi kai kurių inkstų akmenų sudedamoji dalis Žemėje. HAMP radinys ekstraterestriniame mėginyje yra įspūdingas, nes tai rodo, kad amonis, magnis ir fosfatas kosminėse aplinkose gali susiformuoti į kristalines, hidratuotas fazes sąlygomis, kurios labai skiriasi nuo Žemės.
Pasekmės fosforo tiekimui ir prebiotinei chemijai
Fosforas yra esminis bioelementas, dalyvaujantis energijos perdavime (ATP), genetinėje grandinėje (DNR ir RNR) ir ląstelių membranose (fosfolipidai). Fosfato ir neįprastų fosforo junginių radimas primityvioje asteroidinėje medžiagoje palaiko modelius, kuriuose asteroidai ir meteoritai tiekė biojautrų fosforą ankstyvajai Žemei. Amonio turinčio hidratuoto fosfato mineralo buvimas kelia naujų klausimų apie redokso bei skysčių cheminę aplinką Ryugu tėviniame kūne ir apie tai, kaip ekstraterestriniai mineralai galėjo prisidėti prie prebiotinės chemijos Žemės pradžioje.
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Morales, planetų mokslininkė ir mėginių analizės specialistė (NASA Ames astrobiologijos institutas), priduria: 'Atrasti HAMP tipo mineralai rodo, kad asteroidinė aplinka gali susidaryti mineralų rinkinius, kurių retai matome Žemėje. Tai praplečia mūsų supratimą apie cheminius kelius jaunajame Saulės sistemoje. Amonio turinčių hidratuotų fosfatų radimas rodo, kad mažuose kūnuose galėjo būti prieinamų sumažintų azoto ir fosfato rezervuarų, kurie galėjo būti pristatyti į Žemę ir paveikti ankstyvąją organinę chemiją.'
Ši ekspertės pastaba pabrėžia platesnę Ryugu mėginių reikšmę klausimams apie cheminię evoliuciją ir gyvybės kilmę. Nors pats HAMP nėra gyvenimo įrodymas, jo mineralogija rodo vandens sąveikas ir chemines sąlygas, galinčias koncentruoti ir transformuoti bioesminius elementus.
Ateities perspektyvos ir susiję tyrimai
Tęsiamos Ryugu grūdelų analizės derins aukštos skiriamosios gebos mineralogiją su izotopų tyrimais ir organinės chemijos apžvalgomis. Tyrėjai sieks nustatyti HAMP tikslią kristalinę cheminię sudėtį, susidarymo temperatūrą ir izotopinius parašus, kad suvaržytų jo susidarymo laiką ir aplinkos kontekstą. Panašios prieigos bus taikomos ir kitiems pargabentiems mėginiams, įskaitant NASA OSIRIS‑REx medžiagą iš Bennu, leidžiančias lyginamąją planetologiją tarp anglies turtingų asteroidų.
Metodikos, patobulintos analizuojant Ryugu mėginius — neardomas rentgeno žemėlapis, mikrotomografija ir taikytinė mikroanalizė — bus pagrindinės analizuojant ateities brangius pargabentus mėginius iš mažų kūnų ir Marsą grąžinsiančių mėginių. Augant mėginių kolekcijoms, tarpdisciplininės komandos galės geriau įvertinti, kaip plačiai paplitę neįprasti fosforo mineralai yra ir ką jie reiškia dėl lakiųjų ir organinių medžiagų inventoriaus, atkeliavusio į ankstyvąsias planetas.
Išvada
Mikroskopinės grūdelės iš asteroido Ryugu išsaugo mineralinius ir cheminių procesų įrodymus iš primityvios Saulės sistemos, kurių Žemė nebeturi. Pasitelkus pažangų neardomą rentgeno vaizdavimą, tyrėjai identifikavo įvairius elementus ir anksčiau nematytą hidratuotą amonio‑magnio‑fosfato mineralą (HAMP), kartu su kitomis fosforo formomis, įskaitant retą fosfidą. Šie atradimai geriau nubrėžia, kaip fosforas — gyvybei svarbus elementas — buvo apdorotas ir perneštas ankstyvajame Saulės sistemos etape. Tolimesni Ryugu ir kitų pargabentų mėginių tyrimai leis tikslinti asteroidinės vandens chemijos, elementų tiekimo į Žemę ir potencialių kelių, padariusių mūsų planetą chemiškai tinkamą gyvybei, modelius.
Quelle: sciencealert
Kommentare