Зразок з астероїда Рюгу розкрив новий тип водних мінералів

У 2020 році апарат Hayabusa2 Японського агентства аерокосмічних досліджень (JAXA) доставив на Землю капсулу зі зразком Рюгу. Відтоді вчені детально вивчають його мінералогічний і хімічний склад. Нова робота, яку очолює Реон Окумура (Reon Okumura) з Університету Канаґава, зосереджена на тому, як вода змінювала породу в надрах цього астероїда.

Загадка водної альтерації у вуглецевих хондритах

Рюгу належить до так званих С-типів астероїдів і пов’язаний із вуглецевими хондритами — примітивними метеоритами, багатими на вуглець. У таких породах добре помітні сліди водної альтерації — процесу, коли контакт з водою змінює мінеральний і хімічний склад речовини. На Землі типовий приклад — перетворення силікатних порід на глини, з яких фактично формується ґрунт.

У випадку Рюгу «ґрунту» немає, але водна альтерація все ж відбулася. Як зазначають автори, зразки з С-типових астероїдів, включно з Рюгу та вуглецевими хондритами, складаються переважно з дрібнозернистої матриці магнієвмісних гідросилікатів, сформованих саме під дією води.

Саме тут і виникала суперечність. Аналізи показували, що в цій матриці наче присутні дві різні компоненти, які ніби зазнали водної дії за різних умов. Це натякало на «плямисту» внутрішню будову астероїда, де окремі ділянки породи змінювалися водою по-різному. Для невеликого тіла це виглядає малоймовірно: астероїд може бути грудкуватим у великому масштабі, але як пояснити дві різні «водні історії» в одній і тій самій мінеральній матриці?

Традиційно матрицю Рюгу інтерпретували як суміш філосилікатів, подібних до серпентину та сапоніту. Обидва ці мінерали добре відомі на Землі й утворюються саме внаслідок водної альтерації. Однак їхні властивості в зразку з Рюгу не повністю збігалися з характеристиками добре кристалічних земних аналогів. Це й підштовхнуло дослідників до глибшого аналізу.

Синхротронне рентгенівське «рентгенування» Рюгу

Щоб розв’язати цю загадку, команда використала два потужні наукові комплекси в Японії: синхротрон SPring-8 та прискорювач Photon Factory. Обидві установки генерують інтенсивне рентгенівське випромінювання, яке дозволяє детально вивчати кристалічну структуру й склад мінералів у зразку.

Дослідники підтвердили наявність очікуваних серпентину та сапоніту, але виявили й інший компонент — погано кристалічний магнієвий силікат-гідрат (M-S-H). На відміну від добре впорядкованих шаруватих силікатів, цей матеріал має розмиту, слабо впорядковану структуру.

За словами співавтора дослідження Кейсуке Фукуші (Keisuke Fukushi) з Університету Канаґава, M-S-H цікавий тим, що може існувати з дуже різними співвідношеннями магнію до кремнію в одних і тих самих водних умовах. Лабораторні експерименти показують: там, де більшість мінералів за однакових умов набувають сталого складу, M-S-H поводиться «нетипово» і допускає широкий діапазон Mg/Si.

Це означає, що якщо M-S-H був початковим продуктом взаємодії води й породи в материнському тілі Рюгу, то подальше перетворення цієї речовини на серпентин і сапоніт могло дати різні варіанти складу без потреби в окремих, відмінних водних середовищах для кожної ділянки матриці.

Нова модель будови матриці Рюгу

Автори пропонують оновлену картину внутрішньої будови матриці астероїда. У попередніх моделях вона уявлялася як щільно упакований «килим» зерен серпентину й сапоніту з впорядкованою кристалічною структурою, де місця між зернами майже немає. Частина зерен могла містити чергування шарів цих двох мінералів в одному кристалі.

У новій інтерпретації основний об’єм матриці становить саме погано кристалічний M-S-H, а серпентин і сапоніт — це лише незначні, слабо сформовані вкраплення в цій «фоновій» речовині. Такий підхід дозволяє природно пояснити спостережувану різноманітність складу глинистоподібних мінералів без припущення про складну й неоднорідну історію водної дії в різних частинах астероїда.

Дослідники пишуть, що якщо M-S-H спочатку осаджувався, а вже потім зазнавав мінералогічних перетворень, то широкий діапазон складів у матриці можна отримати в межах єдиного сценарію водної альтерації в материнському тілі. Ця схема дає фізико-хімічне підґрунтя для пояснення як хімічної мінливості, так і різноманіття філосилікатів у С-типових хондритах.

Що це означає для вивчення астероїдів

Робота стосується не лише Рюгу, а й ширшого класу вуглецевих хондритів. Якщо значна частина їхніх матриць також складається з погано кристалічного M-S-H, це змінює уявлення про те, як вода взаємодіяла з речовиною ранньої Сонячної системи. Замість складних моделей із багатьма локальними водними середовищами можна розглядати більш цілісний сценарій, де різноманіття мінералів виникає з одного початкового матеріалу.

Успіх Hayabusa2 підсилює репутацію JAXA як агентства, що вміє виконувати надскладні місії зі збору зразків. Попередня місія Hayabusa, попри численні проблеми, у 2010 році все ж повернула невеликий зразок з астероїда Ітокава. Hayabusa2 стала повноцінним тріумфом, а нині на шляху до нового зразка вже летить місія Martian Moons eXplorer, яка має забрати матеріал з Фобоса, більшого супутника Марса. Очікується, що ця капсула дістанеться Землі приблизно за п’ять років і, можливо, відкриє нову сторінку в історії Сонячної системи.

Відео з додатковим поясненням результатів дослідження можна переглянути за посиланням: .

Зразок з астероїда Рюгу розкрив новий тип водних мінералів з’явилася спочатку на Цікавості.

cikavosti.com