|
Что происходило до, во время и после образования Солнечной системы
|
|
|
|
Миссия Hayabusa2 Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) доставила на Землю незагрязненные примитивные образцы астероидов. Всесторонний анализ 16 частиц астероида Рюгу выявил множество процессов, происходивших до, во время и после формирования Солнечной системы, причем некоторые из них до сих пор формируют поверхность современного астероида. Элементарные и изотопные данные показали, что Рюгу содержит самый примитивный досолнечный небулярный материал (древний диск из газа и пыли, окружающий то, что впоследствии станет солнцем), и что некоторые органические материалы могли быть унаследованы еще до образования Солнечной системы. Среди идентифицированных органических материалов были аминокислоты, которые являются строительными блоками белков, содержащихся во всех живых существах на Земле. Обнаружение аминокислот, образующих белок, в незагрязненных образцах астероидов указывает на то, что астероиды, такие как Рюгу, могли засеять Землю сырьем, необходимым для возникновения жизни.
|
|
|
|
Кроме того, образцы Рюгу предоставили как физические, так и химические доказательства того, что Рюгу произошел от большого (не менее нескольких десятков километров) ледяного тела во внешней части Солнечной системы, которое подверглось водным изменениям (сложным химическим реакциям с участием жидкой воды). Затем ледяное тело было разбито на кометоподобный фрагмент (размером в несколько километров). Фрагмент образовался в результате сублимации льда, в результате чего образовался сухой пористый астероид, наблюдаемый сегодня. Впоследствии космическое выветривание, включающее бомбардировку астероида частицами солнца и далеких звезд, изменило поверхностные материалы, такие как органическое вещество, чтобы дать материалы с отчетливым альбедо (отражающими свойствами), определяющими, как выглядит астероид в настоящее время.
|
|
|
Астероиды и кометы представляют собой материал, оставшийся после образования планет, вращающихся вокруг Солнца. Такие тела изначально должны были образоваться в обширном диске из газа и пыли (протосолнечная туманность) вокруг того, что в конечном итоге станет солнцем (протосолнцем), и, таким образом, могут хранить ключи к разгадке процессов, которые происходили в этот период в Солнечной системе. Протосолнечная туманность быстрее всего вращалась бы к своему центру, и это могло бы сконцентрировать большую часть материала в этой области. Затем часть материала начала падать на поверхность протосолнца, повышая его температуру. Более высокая температура протосолнца привела бы к увеличению выхода излучения, что могло вызвать фотоиспарение (испарение за счет энергии света) материала внутри Солнечной системы.
|
|
|
|
Позже, когда внутренняя часть Солнечной системы остыла, новый материал сконденсировался с отличным составом по сравнению с тем, что присутствовало раньше. В конце концов такие материалы слипались, образуя большие тела (планетезимали), которые затем распадались от столкновений, а некоторые из них образовывали астероиды S-типа. Один астероид S-типа (Итокава) был целью миссии Хаябуса, предшественника Хаябусы-2. Образцы, которые были возвращены на Землю, многое рассказали о таких астероидах, в том числе о том, как на их поверхности влияют непрерывные небольшие удары, и подтвердили идентификацию, сделанную с помощью телескопов на Земле.
|
|
|
|
Haybusa2 нацелился на астероид совсем другого типа, C-типа, который, в отличие от S-типа, сохранил гораздо больше примитивного материала внешней Солнечной системы, на который гораздо меньше повлияло нагревание от протосолнца. Первоначальный наземный телескоп и данные дистанционного зондирования с космического корабля Хаябуса-2 показали, что Рюгу может содержать органическое вещество и небольшое количество воды (прилипшей к поверхности минералов или содержащейся в их структуре).
|
|
|
|
Однако астероиды C-типа невероятно сложно изучать с помощью таких методов, потому что они очень темные, а полученные данные содержат очень мало информации, которую можно использовать для идентификации конкретных материалов. Таким образом, возвращение образца представляет собой очень важный шаг в улучшении нашего понимания астероидов C-типа. Около 5,4 г образца было возвращено на Землю в декабре 2020 года, и образцы первоначально изучались на объекте курирования фазы 1 Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) в Сагамихаре, Япония. Комплексный геохимический анализ был начат в июне 2021 года, когда образцы прибыли в центр хранения фазы 2 Мемориальной лаборатории Фазана (PML) Института планетарных материалов Университета Окаяма, Япония.
|
|
|
|
Первоначально была получена внешняя и физическая информация об образцах, но вскоре после этого частицы были разрезаны с помощью микротома, оснащенного алмазным ножом. Внутри частицы обнаружили текстуры, свидетельствующие о замораживании-оттаивании, и мелкозернистую массу различных минералов с рассеянными повсюду более крупнозернистыми компонентами. Большинство минералов представляли собой водные силикаты, называемые филлосиликатами (глиной), которые образовывались в результате химических реакций с участием неводных силикатных минералов и жидкой воды (водные изменения). Вместе с текстурами замораживания-оттаивания доказательства указывали на то, что в прошлом образцы испытывали как жидкую, так и замерзшую воду.
|
|
|
|
Было обнаружено, что водные изменения достигли пика примерно через 2,6 млн лет после образования Солнечной системы на основе анализа марганца и хрома в минералах магнетита (оксид железа) и доломита (карбонат кальция и магния). Это означает, что материалы из Рюгу испытали жидкую воду очень рано в истории Солнечной системы, и тепло, растопившее лед, должно было исходить от радиоактивных элементов, которые существуют только в течение относительно короткого периода времени (почти все исчезнет через 5 млн лет). ).
|
|
|
|
После распада большей части радиоактивных элементов тело охлаждалось и снова замерзало. Рюгу также содержит изотопы хрома, кальция и кислорода, что указывает на то, что он сохранил самый примитивный источник материалов из протосолнечной туманности. Кроме того, органические материалы из Рюгу фиксируют примитивные изотопные сигнатуры, указывающие на их формирование в межзвездной среде (область пространства между солнечными системами) или во внешней протосолнечной туманности. Вместе с избытком воды и отсутствием какого-либо материала или сигнатур внутри Солнечной системы приведенные выше данные позволяют предположить, что материал внутри Рюгу был склеен (сросся) и водным образом изменился очень рано во внешней части Солнечной системы.
|
|
|
|
Однако для образования жидкой воды в результате нагрева каменно-ледяного тела в результате радиоактивного распада требуется, чтобы тело было размером не менее нескольких десятков километров. Соответственно, Рюгу изначально должен был быть частью гораздо большего тела, называемого планетезималем. Ледяные планетезимали считаются источником комет, которые могут образоваться в результате их столкновения. Если бы планетозимальный предшественник Рюгу столкнулся после повторной заморозки, то могла бы образоваться комета, сохранившая многие исходные текстуры, а также физические и химические свойства планетезималя.
|
|
|
|
В качестве кометы фрагмент должен был бы двигаться из внешней части Солнечной системы во внутреннюю по какому-то динамическому пути, включающему взаимодействие планет. Оказавшись внутри Солнечной системы, Рюгу должен был подвергнуться значительной сублимации (переходу твердого льда в газ). Моделирование в предыдущем исследовании показало, что сублимация может увеличить скорость вращения Рюгу и привести к его характерной форме волчка. Сублимация также могла привести к образованию струй водяного пара (как видно на комете 67P), которые переотложили бы подповерхностный материал на поверхность и заморозили его на месте.
|
|
|
|
Кроме того, струи могут объяснить некоторые интересные различия между местами отбора проб, где были получены образцы Рюгу. Миссия Hayabusa2 взяла пробы материала с самой поверхности в месте приземления 1 (TD1) и, скорее всего, подповерхностного материала из искусственного ударного кратера в месте приземления 2 (TD2). В некоторых образцах TD1 наблюдается фракционирование элементов за пределами миллиметрового масштаба и рассеянное содержание B и Be. Однако во всех образцах TD2 зафиксировано содержание элементов, аналогичное хондритам CI (тип метеорита с содержанием элементов, подобным солнечному), и нет признаков фракционирования элементов в миллиметровом масштабе. Одно из объяснений состоит в том, что на участке TD1 зафиксирован материал, унесенный струей, принесенный на поверхность кометоподобного фрагмента из многих различных областей недр, и, таким образом, представляет собой большое разнообразие составов. Между тем, образцы TD2 могут представлять собой материал, полученный из одной части Рюгу, и поэтому иметь более однородный состав.
|
|
|
|
После полной сублимации льда на поверхности Рюгу образовался малоплотный и высокопористый скалистый астероид. В то время как процессы, связанные с водой, прекратились, началось космическое выветривание. Поверхность Рюгу со временем подвергалась бомбардировке большим количеством энергетических частиц солнечного ветра и космических лучей Солнца и далеких звезд. Частицы модифицировали материалы на поверхности Рюгу, в результате чего органическое вещество изменилось с точки зрения его структуры. Эффекты такого процесса были более очевидны для частиц TD1 с поверхности Рюгу по сравнению с частицами TD2, которые, вероятно, были вынесены на поверхность во время создания искусственного ударного кратера. Таким образом, космическое выветривание — это процесс, который до сих пор формирует поверхности астероидов и будет продолжать это делать в будущем.
|
|
|
|
Несмотря на эффекты космического выветривания, которые изменяют и уничтожают информацию, содержащуюся в органическом веществе, всесторонний геохимический анализ образцов Рюгу также обнаружил примитивные органические материалы. Аминокислоты, подобные тем, которые содержатся в белках каждого живого организма на Земле, были обнаружены в частице Рюгу. Открытие аминокислот, образующих белок, важно, потому что Рюгу не подвергался воздействию биосферы Земли, как метеориты, и поэтому их обнаружение доказывает, что по крайней мере некоторые из строительных блоков жизни на Земле могли быть сформированы в космической среде.
|
|
|
|
Гипотезы о происхождении жизни, такие как гипотезы о гидротермальной активности, требуют источников аминокислот, а метеориты и астероиды, такие как Рюгу, представляют собой сильных кандидатов из-за наличия в них аминокислот и потому, что такой материал можно было бы легко доставить на поверхность планеты. ранняя Земля. Кроме того, изотопные характеристики образцов Рюгу предполагают, что подобный Рюгу материал мог снабжать Землю водой, еще одним ресурсом, необходимым для возникновения и поддержания жизни на Земле.
|
|
|
|
В совокупности результаты, о которых сообщает исследование, дают бесценную информацию о процессах, которые повлияли на самый примитивный астероид, отобранный человечеством. Такие озарения уже начали менять наше понимание событий, которые произошли до появления Солнечной системы и вплоть до сегодняшнего дня. Будущая работа с образцами Рюгу, несомненно, продолжит расширять наши знания о Солнечной системе и за ее пределами. Исследование было опубликовано в Proceedings of the Japan Academy.
|
|
|
|
Источник
|
