Прошло девять месяцев с тех пор, как OSIRIS-REx НАСА доставил на Землю образцы астероида Бенну. Образцы представляют собой некоторые из первичных, нетронутых материалов Солнечной системы. Они попали в руки учёных, и их работа преподносит некоторые сюрпризы.
Часть материала в образцах указывает на то, что у Бенну было водное прошлое.
НАСА выбрало Бенну для миссии по отбору проб OSIRIS-REx по нескольким причинам. Во-первых, это околоземный астероид (АСЗ), поэтому он находится относительно близко к Земле. Он также не очень большой, около 500 метров в диаметре, и вращается достаточно медленно, чтобы обеспечить безопасную процедуру отбора проб.
Но главной причиной, вероятно, был его состав. Это астероид B-типа, подтип углеродистых астероидов, что означает, что он содержит органические молекулы. Обнаружение органических молекул по всей Солнечной системе — один из способов проследить ее происхождение и формирование.
Возвращение образцов на Землю — лучший и наиболее полный способ изучения астероидов. Фрагменты астероидов, упавшие на Землю, представляют научную ценность. Но большая часть их более легкого материала просто сгорает при входе в атмосферу Земли, оставляя в нашем понимании огромный кратер.
Космические миссии всегда, кажется, нас чем-то удивляют. Если бы они этого не делали, было бы меньше стимулов их отправлять. В этом случае образец содержит химикаты, которые OSIRIS-REx не обнаружил, когда изучал Бенну.
«Бенну потенциально мог быть частью более влажного мира».
Данте Лауретта, главный исследователь миссии OSIRIS-REx
Эти результаты представлены в новом исследовании, опубликованном в журнале Meteoritics and Planetary Science. Он называется «Астероид (101955) Бенну в лаборатории: свойства образца, собранного OSIRIS-REx». Соведущим автором является Данте С. Лауретта, главный исследователь миссии OSIRIS-REx и профессор планетарных наук Риджентс в Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны. Этот документ представляет собой обзор образца и служит каталогом, из которого исследователи могут запросить образец материала для своего исследования.
«Наконец-то, после всех этих лет, появилась возможность изучить образец OSIRIS-REx с Бенну — это невероятно волнительно», — сказала Лоретта в пресс-релизе. «Этот прорыв не только отвечает на давние вопросы о ранней Солнечной системе, но и открывает новые пути исследования формирования Земли как пригодной для жизни планеты. Выводы, изложенные в нашей обзорной статье, вызвали еще большее любопытство, подстегивая наше стремление к более глубоким исследованиям».
«Мы описываем доставку и первоначальное распределение этого образца астероида и представляем его основные физические, химические и минералогические свойства из ранних анализов», — пишут авторы в своей статье. 120-граммовый образец датируется миллиардами лет. Он нетронутый, то есть не расплавился и не затвердел повторно с момента своего образования.
Команда кураторов астроматериалов в Космическом центре имени Джонсона НАСА использовала процедуру Advanced Imaging and Visualization of Astromaterials (AIVA) для документирования состояния образца и оборудования для отбора проб. Это было сделано, пока образец находился в перчаточном боксе, который для этой цели обладает высокой отражающей способностью. Это кропотливый процесс, включающий сотни изображений, сложенных вместе.
В целом образец темный. Но есть в нем вкрапления более ярких материалов. «Некоторые камни кажутся испещренными более ярким материалом, который встречается в виде прожилок и корок», — пишут авторы. Самый большой кусок имеет длину около 3,5 см, но большая его часть представляет собой пыль. Камни с бугристой морфологией имеют наименьшую плотность, а пестрые – наибольшую.
«Некоторые из фаз с высокой отражательной способностью имеют гексагональную кристаллическую форму, тогда как другие выглядят как скопления небольших сфер, пластинок и додекаэдрических форм», — пишут авторы. Коллекция также содержит несколько отдельных образцов с высокой отражательной способностью.
В целом материал разделен на три категории:
- Бугристый материал с неровной поверхностью. На их поверхности имеются округлые холмики и впадины, напоминающие цветную капусту. Этот материал обычно темный, но есть и микроскопические, более яркие материалы.
- Угловые частицы, которые были сломаны и имеют более острые края. Они имеют шестиугольную и многоугольную форму и имеют некоторую слоистость. Обычно они темные, но некоторые лица имеют металлический блеск и зеркальные отражения. У них также есть включения с высокой отражающей способностью, такие как бугристый материал.
- Пятнистые частицы, которые в основном темнее, но имеют слои отражающего материала. Отражающий материал заполняет небольшие трещины в более темном материале, а также встречается в виде ярких отдельных хлопьев.
Репрезентативные образцы также были проанализированы в других учреждениях США с использованием различных инструментов, включая плазменный масс-спектрометр, инфракрасный спектрометр и рентгеновский компьютерный томограф. Эти исследования выявили другую информацию, такую как плотность частиц и содержание элементов. В частности, он содержит информацию об изотопах водорода, углерода, азота и кислорода. Он также сравнивает это изобилие с изобилием других астероидов.
Но что бросается в глаза в результате этого первоначального анализа, так это наличие в образце серпентина и других глинистых минералов. Их присутствие похоже на то, что наблюдается на срединно-океанических хребтах Земли, где мантия Земли встречается с водой.
На Земле контакт между материалом мантии и океанской водой также создает глины и другие минералы, такие как карбонаты, оксиды железа и сульфиды железа. Они также были обнаружены в образце Бенну.
Но одно открытие выделяется среди остальных: водорастворимые фосфаты. Эти соединения встречаются по всей биосфере Земли и являются важным компонентом биохимии.
Миссия JAXA Hayabusa 2 обнаружила похожий фосфат в своем образце с астероида Рюгу. Но фосфат с Бенну отличается. В отличие от любого другого образца астероида, он не имеет включений и зерен разного размера. Фосфат магния и натрия в образце с Бенну предполагает водное прошлое.
«Присутствие и состояние фосфатов, а также других элементов и соединений на Бенну предполагают водное прошлое астероида», — сказала Лауретта. «Бенну потенциально мог когда-то быть частью более влажного мира. Хотя эта гипотеза требует дальнейшего исследования».
В своей статье авторы излагают несколько гипотез о прошлом Бенну. В одном из них говорится, что «… доминирующая литология на поверхности Бенну имеет минералогические, петрологические и композиционные свойства, очень напоминающие свойства наиболее водно-измененных углеродистых хондритов».
Образец Бенну также показывает, что астероид химически примитивен, то есть он практически не изменился с момента своего образования. Породы не плавились и не затвердевали с момента своего первоначального создания. Элементарные свойства астероида также отражают свойства Солнца.
«Образец, который мы вернули, на данный момент является крупнейшим резервуаром неизмененного астероидного материала на Земле», — сказала Лауретта.
Первоначальные исследования также показывают, что Бенну богат углеродом и азотом, что является важными подсказками о происхождении астероида. Эти химические вещества также играют роль в появлении жизни, что добавляет интриги.
«Эти результаты подчеркивают важность сбора и изучения материала с астероидов, таких как Бенну, – особенно материала с низкой плотностью, который обычно сгорает при входе в атмосферу Земли», – сказала Лауретта. «Этот материал содержит ключ к разгадке сложных процессов формирования Солнечной системы и пребиотической химии, которая могла способствовать возникновению жизни на Земле».
Гарольд Коннолли — соавтор исследования и научный сотрудник миссии, возглавляющий группу анализа проб. Он также является профессором Университета Роуэн в Глассборо, штат Нью-Джерси, и приглашенным научным сотрудником в Университете Аризоны. «Образцы Бенну — это заманчиво красивые внеземные камни», — сказал Коннолли. «Каждую неделю анализ, проводимый группой анализа образцов OSIRIS-REx, предоставляет новые, а иногда и удивительные результаты, которые помогают установить важные ограничения на происхождение и эволюцию планет земного типа».
И это действительно только начало. Имея эти оценки на руках и каталогизированные образцы, ученые-исследователи по всему миру будут запрашивать образцы для своих собственных исследований.
Будут раскрыты и другие секреты.
