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Science:龙宫小行星为CI型碳质球粒陨石
2022-07-11 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  在宏观研究前沿,我们所有的终极问题,可以总结为一黑两暗三起源一黑就是黑洞;两暗就是暗物质和暗能量;三起源就是指宇宙的起源、生命的起源和意识的起源。小行星作为太阳系形成和演化的化石,是揭示太阳系起源的重要窗口。在百万计的小行星中,有一类C型小行星(parent bodies of carbonaceous chondrites),它们富含碳、水等挥发分,以及丰富的氨基酸等有机物,很可能为地球生命的起源提供了初始材料。因此,小行星探测有助于回答三起源终极问题中的两个:太阳系起源和生命起源。小行星探测逐渐成为国际深空探测的三大板块之一(月球、火星和小行星)。 

  2006年,Hayabusa 1(隼鸟1号)成功返回了25413 Itokawa小行星样品,开创了低成本和高产出的小行星探测新模式,为后续日益增长的小行星探测需求提供了参考范本。此后,美国和日本启动了OSIRIS-RExHayabusa 2小行星采样返回任务,并分别于2016年和2014年相继发射了探测器,将采集BennuRyugu两颗C型小行星的样品返回地球,这两次探测任务的核心科学目标都是探索生命起源。202012月,Hayabusa 2探测任务已经成功将Ryugu小行星的样品返回地球(图1),并开展了详细的岩石成因和年代学分析,近期发表在国际顶级学术期刊Science上(Yokoyama et al., 2022),首次确证Ryugu小行星为CI型碳质球粒陨石(太阳系平均成分参样品)。 

1 Ryugu小行星返回样品的显微镜照片(Tachibana et al., 2022)A0008A0009A0046A0048A0069A0083来自采样点1TD1)。C0002C0004C0013C0019C0028C0055来自采样点2TD2

  详细的岩相学研究结果表明,Ryugu样品主要由层状硅酸盐、磁黄铁矿、白云石和磁铁矿组成(图2),与CI型碳质球粒陨石具有非常相似的岩石结构。Ryugu样品全岩的成分CI归一化后未见明显的富集和亏损特征,绝对值在1±1之间,与CI型碳质球粒陨石相当(图3)。Ryugu样品具有典型碳质球粒陨石的钛和铬同位素组成,落在CBCI型碳质球粒陨石范围内(图4)。Ryugu样品的氧同位素组成完全落在地月分馏线上,个别分析结果显示存在非质量分馏,整体趋势和分布范围与Ivuna CI型碳质球粒陨石相当(图5)。根据碳酸盐的53Mn-53Cr灭绝核素体系开展的年代学分析表明,Ryugu样品中的碳酸盐比CAI(富钙铝包体)晚约3.1-6.8 Ma(图6)。阶段加热的分析结果表明,Ryugu样品随温度升高丢失的质量总和为15.38 wt%,比Ivuna CI型碳质球粒陨石低30%,主要为水和二氧化碳,可能存在一些二氧化硫(图7)。根据释放量随温度的相关性,Ryugu样品中的二氧化碳主要来自碳酸盐和有机物,其中的有机物贡献相对比Ivuna样品略低。Ryugu样品中的水主要赋存在层状硅酸盐中,相比Ivuna中的水可能还有来自含水硫酸盐分解的贡献。 

 

2 Ryugu样品的岩石学特征(Yokoyama et al., 2022)。(AA0058-C1001颗粒的背散射电子图像;(BA0058-C1001颗粒的元素分布图像,R=Ca KaG=Fe KaB=S Ka。红色颗粒为白云石,绿色颗粒为磁铁矿,淡蓝色短柱状颗粒为磁黄铁矿,基体主要为层状硅酸盐;(CA0058-C1001颗粒层状硅酸盐的主量元素投图;(DC0002-C1001颗粒的背散射电子图像,角砾化岩石结构

 

3 Ryugu返回样品的全岩化学成分(CI碳质球粒陨石归一化)(Yokoyama et al., 2022 

 

4 Ryugu返回样品的钛和铬同位素组成与其它陨石样品的对比图(Yokoyama et al., 2022)。CC meteorites:碳质球粒陨石,NC meteorites:非碳质球粒陨石 

 

5 Ryugu返回样品、IvunaOrgueil的三氧同位素组成(Yokoyama et al., 2022 

 

6 Ryugu返回样品的Mn-Cr灭绝核素年代学(Tachibana et al., 2022) 

 

7 Ryugu返回样品(A)和IvunaB)阶段加热质量减少量与温度的频谱图,以及可能的贡献来源(CRyugu)和(DIvuna)(Yokoyama et al., 2022

  综合上述这些岩石学、矿物学、同位素组成和年代学的研究结果,Yokoyama et al. (2022)认为Ryugu返回样品是CI型碳质球粒陨石,它们比现有其它同类型的样品更原始。 

  小结:小行星探测与月球和火星相比,一是数量大,二是科学目标鲜明,三是行星防御和资源利用的风口。根据现有的探测任务,在技术上和成本上为后续持续不断开展小行星探测开创了一种探测范例,对我国小行星及其它小天体的探测具有重要的参考和借鉴价值。

  主要参考文献 

  Tachibana S, Sawada H, Okazaki R, et al. Pebbles and sand on asteroid (162173) Ryugu: in situ observation and particles returned to Earth[J]. Science, 2022, 375(6584): 1011-1016.原文链接 

  Yokoyama T, Nagashima K, Nakai I, et al. Samples returned from the asteroid Ryugu are similar to Ivuna-type carbonaceous meteorites[J]. Science, 2022: eabn7850.原文链接     

  (撰稿:胡森/地星室)

 
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