高级光子源有助于照亮一颗40亿年前小行星的旅程

一年前，科学家们第一次看到了从附近的小行星162173 Ryugu 收集的材料。现在，这些研究的结果已经揭晓，它们揭示了我们太阳系的历史以及这个宇宙流浪者的长途跋涉。

在其最近的轨道上，小行星 162173 Ryugu 距离地球仅约 60,000 英里。这只是到月球距离的四分之一。但根据一个国际科学家团队最新公布的结果，这块岩石在 40 亿多年前开始了它的宇宙之旅，距离我们太阳系的外围有数十亿英里。它穿越太空来到我们身边，在这个过程中记录了宇宙这个角落的历史。

这些发现只是全球研究 Ryugu 表面样本的努力结果的一部分。这些小行星尘埃由日本宇宙航空研究开发机构 JAXA 执行的任务隼鸟 2 号仔细收集并运回地球，然后送往世界各地的机构。科学家们将这些微小的碎片通过数十次实验来梳理它们的秘密，以确定它们是由什么制成的，以及它们来自的小行星可能是如何形成的。

“对于行星科学家来说，这是直接来自太阳系的一级信息，因此非常宝贵。” — Esen Ercan Alp，阿贡杰出研究员

由此产生的论文最近 发表在《 科学》杂志上，其中包括来自 11 个国家/地区的 100 多个机构的作者。其中编号为能源部 (DOE) 的阿贡国家实验室，它是能源部科学办公室用户设施高级光子源 (APS) 的所在地。APS 产生超亮 X 射线束，可用于逐个原子地确定样品的化学和结构组成。

阿贡杰出研究员 Esen Ercan Alp 领导了阿贡的研究团队，其中包括物理学家兼小组组长赵继勇和物理学家 Michael Hu，以及阿贡和芝加哥大学的光束线科学家 Barbara Lavina。所有人都是该论文的合著者。

Alp 和他的团队经过多年努力才被纳入这项研究。阿尔普说，APS 的主要贡献是他和他的团队专门研究的一种特殊的 X 射线技术。它被称为穆斯堡尔光谱学——以德国物理学家鲁道夫穆斯堡尔命名——它对样品化学性质的微小变化高度敏感。这项技术使 Alp 和他的团队能够逐个确定这些碎片的化学成分。

阿尔普说，他们和他们的国际同事的发现令人惊讶。

“有足够的证据表明 Ryugu 起源于太阳系外，”他说。“在太阳系外围发现的小行星与靠近太阳的小行星具有不同的特征。”

阿尔普说，APS 发现了几条支持这一假设的证据。一方面，如果它是在更高的温度下形成的，构成小行星的颗粒比你想象的要细得多。另一方面，碎片的结构是多孔的，这意味着它曾经拥有水和冰。阿尔普说，较低的温度和冰在外太阳系中更为常见。

Ryugu 碎片非常小——从 400 微米(或六根人类头发的大小)到直径 1 毫米不等。但是在光束线 3-ID-B 上使用的 X 射线束可以聚焦到 15 微米。该团队能够对每个碎片进行多次测量。他们在样品中发现了相同的多孔、细粒度结构。

借助 APS 微调的光谱功能，该团队能够测量样品经历的氧化量。这一点特别有趣，因为这些碎片本身从未接触过氧气——它们是在真空密封的容器中运送的，在它们穿越太空时处于原始状态。

虽然 APS 团队确实发现了一种类似于撞击地球的陨石的化学成分——特别是其中一组称为 CI 球粒陨石，其中已知地球上仅存在九种——但他们确实发现了一些使 Ryugu 碎片与众不同的东西。

光谱测量发现了大量磁黄铁矿，这是一种在团队还研究的十几个陨石样本中找不到的硫化铁，由法国合作者 Mathieu Roskoz(国家自然历史博物馆)和 Pierre Beck(格勒诺布尔阿尔卑斯大学)提供. 这一结果还有助于科学家限制龙宫母小行星形成时的温度和位置。

“我们和其他团队的结果表明，这些小行星样本与陨石不同，特别是因为陨石已经通过炽热的大气层进入、风化，特别是地球上的氧化，”胡说。â�<“这令人兴奋，因为它是一种完全不同的样本，与太阳系中的出路不同。”

结合所有数据，该论文列出了 162173 Ryugu 数十亿年的历史。它曾经是一颗比太阳系晚约 200 万年(大约 45 亿年前)形成的更大小行星的一部分。它由许多不同的材料制成，包括水和二氧化碳冰，在接下来的三百万年里，冰融化了。这导致内部水合，表面干燥。

大约 10 亿年前，另一块太空岩石与这颗小行星相撞，将其分崩离析，碎片飞扬，其中一些碎片合并成我们今天所知的 Ryugu 小行星。

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