В июне 2018 года японская миссия «Хаябуса-2» достигла астероида 162173 Рюгу. Он изучал астероид около 15 месяцев, запустив небольшие марсоходы и спускаемый аппарат, 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 самые ранние дни ее существования около 4,6 миллиардов лет назад.
Образец Рюгу небольшой, всего около 5,4 грамма (0,19 унции). Однако научные инструменты, исследующие химические характеристики пробы, не требуют большой выборки.
В новом исследовании ученые исследовали крошечные фрагменты Рюгу, используя усовершенствованный источник фотонов (APS) Аргоннской национальной лаборатории. APS — это ускоритель частиц, который ускоряет фотоны почти до скорости света. Эти фотоны испускают рентгеновские лучи, которые используются в самых разных научных целях. (APS даже участвовала в разработке вакцины против COVID-19.) В этом исследовании рентгеновские лучи APS использовались в специальном методе, называемом мессбауэровской спектроскопией, который может определить 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 его ведущим автором является Тэцуя Накамура из Университета Тохоку в Сендае, Япония.
Рюгу — редкий тип астероида. Как спектральный класс Cb, он имеет характеристики как углеродистых астероидов C-типа, наиболее распространенного типа на сегодняшний день, так и астероидов B-типа, более редкого типа углеродистых астероидов.
JAXA, Японское агентство аэрокосмических исследований, выбрало Рюгу для своей миссии по отбору проб по нескольким причинам. Поскольку Рюгу был околоземным астероидом (NEA), до него было легче добраться. Его также классифицируют как примитивный, богатый углеродом астероид, поэтому они надеялись, что он будет содержать органические химические вещества, которые могут дать ключ к разгадке ранней Солнечной системы. Рюгу также относительно небольшой (900 метров) и медленно вращается, что облегчает отбор проб. Орбита астероида также приближает его к Земле, что облегчает возврат образца.
Рюгу мог ответить на некоторые вопросы, связанные с историей Солнечной системы. Структура и состав Рюгу, включая наличие воды и органического вещества, могут раскрыть подробности о том, как формировались 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 развиваться. Исследователи также задавались вопросом о ресурсном потенциале астероида.
Ученые, работающие с образцами, уже многому научились. Они обнаружили, что астероид богат органическим веществом, что подтверждает идею о том, что астероиды могли доставить эти материалы на Землю. Рюгу содержит водоносные минералы, что свидетельствует о том, что в прошлом здесь было больше воды или водяного льда. Ученые также обнаружили последствия космического выветривания на поверхности астероида и частицы солнечного ветра, попавшие в его зерна.
Это новое исследование дополнило объем знаний, предоставленный крошечным образцом весом 5,4 грамма. Исследователи проанализировали 17 частиц Рюгу размером от 1 до ~8 мм. Больше всего их интересовало более детальное понимание истории астероида. Они хотели найти ответы на несколько конкретных вопросов:
- Когда и где сформировалось родительское тело Рюгу?
- Какова исходная минералогия, содержание элементов в целом и химический состав сросшихся материалов, включая их льдистость?
- Как эти материалы возникли в результате химических реакций?
- Как Рюгу был изгнан из своего родителя?
APS и его мессбауэровская спектроскопия позволили получить более подробную информацию о Рюгу, а исследователи использовали симуляторы столкновений и другие инструменты, чтобы собрать воедино историю астероида и его родителя.
Исследователи обнаружили водные включения, содержащие углекислый газ, в определенном типе кристаллов. Это свидетельствует о том, что родительское тело Рюгу сформировалось во внешней Солнечной системе, где низкие температуры позволили образоваться водяному льду. APS также выявил большую концентрацию пирротина в образце. Пирротин — это сульфид железа, который нигде не встречается во фрагментах метеоритов, напоминающих Рюгу. Это помогает ограничить местоположение и температуру родительского тела при его формировании. Исследовательская группа утверждает, что родительское тело сформировалось примерно через 1,8–2,9 миллиона лет после начала формирования Солнечной системы.
Во внешней части Солнечной системы преобладают материалы, образующиеся при низких температурах, а родитель Рюгу в основном состоял из льда. Родительское тело сформировалось за пределами H2О и СО2 снеговые линии и, возможно, за пределами Юпитера.
Образцы пористые и мелкозернистые, что указывает на то, что родительский элемент 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 породой медленно изменили первоначальную безводную минералогию астероида на преимущественно водную минералогию.
Первоначально материал был менее изменен на малых глубинах и более обводнен на больших глубинах. Примерно через пять миллионов лет весь материал родительского тела достиг максимальной температуры, и изменение водной среды продолжалось.
Катастрофическое лобовое столкновение, в результате которого погиб родитель Рюгу, произошло около миллиарда лет назад. Родитель имел диаметр около 50 км, а ударник — около 6 км. Рюгу не является частью своего родителя. Вместо этого это груда обломков астероида, скопление обломков, выбитых из его родительского тела в результате удара. Материал Рюгу возник на разной глубине на противоположной стороне от его родителя от удара, а затем сгустился в Рюгу.
Это исследование помогает нарисовать хронологию родителя Рюгу и самого Рюгу в его долгом путешествии по Солнечной системе.
Сам Рюгу начал свой путь как часть более крупного тела всего лишь примерно через два миллиона лет после рождения Солнечной системы. Пробыв миллиарды лет в составе своего родительского тела, он был создан в результате столкновения. Спустя долгое время он пробился на околоземную орбиту, и в последнее мгновение человечество возникло и построило технологическую цивилизацию. Мы обратились к этому посланнику из прошлого и попробовали его, и он многому нас научил в истории нашей Солнечной системы.
«Хаябуса-2» сейчас выполняет расширенную миссию по посещению двух других астероидов. В 2026 году он совершит высокоскоростной облёт астероида S-типа 98943 Торифунэ. В 2031 году он встретится с 1998 KY26, небольшим 30-метровым астероидом, который вращается быстро.
«Хаябуса-2» не будет брать образцы ни с одного из этих астероидов, но его наблюдения дополнят и без того впечатляющий вклад.
