Астрономы предложили объяснение загадочному противоречию в образце Рюгу

Фото из открытых источников

Астероиды Солнечной системы иногда называют окаменелостями, потому что они сохраняют свидетельства условий, в которых формировалась Солнечная система. Астероиды кардинально отличаются от своих планетных аналогов. На каменистых планетах сама порода подвергалась изменениям на протяжении миллиардов лет. На Земле тектонические плиты расплавили породы, воздействие воды изменило их минеральный состав, а давление глубоко внутри Земли трансформировало их кристаллическую структуру. Космическое и солнечное излучение также вызвало фундаментальные изменения на некоторых мирах, и на Меркурии, Венере, Земле и Марсе сочетание этих факторов изменило породу.

Но астероиды и родительские тела, из которых они произошли, не подвергались воздействию всех этих сил. Во многом они остаются неизменными с самых ранних дней существования Солнечной системы, 4,5 миллиарда лет назад. Они не остались совершенно неизменными; это было бы практически невозможно. Но именно их древнее состояние и то, что оно может нам рассказать об истории Солнечной системы, является причиной того, почему мы отправляем миссии для сбора образцов и их доставки на Землю.

В 2020 году космический аппарат Hayabusa 2 Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) успешно завершил свою миссию по отбору проб на астероиде Рюгу и вернул на Землю ценный образец. Спустя почти шесть лет после прибытия на Землю образец с Рюгу продолжает приносить ценные научные результаты, поскольку исследователи изучают его минералогический и химический состав.

Новейшие результаты представлены в исследовании под названием «Распространенный слабокристаллический богатый магнием водный силикатный материал в матрицах астероидов типа С». Оно опубликовано в журнале Nature Communications Earth and Environment, а ведущим автором является Реон Окумура из Отдела геонаук и гражданского строительства Университета Канадзава, Япония.

Рюгу и другие углеродистые хондриты представляют собой кажущееся противоречие. Оно связано с водным изменением, при котором контакт с водой вызывает минералогические и химические изменения в горных породах и минералах. Водное изменение — это не редкое явление, происходящее только в космической среде; оно распространено на Земле. Наиболее известный пример — это образование глины из обычных силикатных пород земной коры в результате воздействия воды. По сути, так образуется почва.

Очевидно, что на Рюгу нет почвы, но присутствуют следы водного изменения. «Образцы астероидов типа С, включая Рюгу и углеродистые хондриты, состоят преимущественно из мелкозернистых матриц богатых магнием гидратированных силикатов, образованных в результате водного изменения», — говорится в статье.

Противоречие проистекает из минеральной матрицы астероида. По-видимому, в ней присутствуют два компонента, каждый из которых изменяется в различных водных условиях. Это подразумевает, что внутренняя матрица Рюгу имеет неоднородную структуру, что крайне маловероятно. Астероид может быть комковатым на макроуровне, но как в одной и той же минеральной матрице могут присутствовать два компонента? Этот вопрос долгое время оставался нерешенным в космохимии: как может происходить водное изменение части матрицы, в то время как другие части остаются более неповрежденными?

Авторы пишут, что матрица Рюгу «обычно интерпретируется как смесь филлосиликатов, подобных серпентину и сапониту…». Серпентин и сапонит встречаются на Земле, где они образуются при водной модификации горных пород. Но, несмотря на то, что их обычно интерпретируют как эти вещества, «их минералогические характеристики не полностью соответствуют этим хорошо кристаллизованным земным слоистым силикатам».

Чтобы разобраться в этом кажущемся противоречии, исследователи использовали синхротронный источник излучения SPring-8 и ускоритель высоких энергий Photon Factory , расположенные в Японии. Оба этих исследовательских центра используют мощные рентгеновские лучи для глубокого изучения образца Рюгу.

Они обнаружили ожидаемые серпентин и сапонит, но также выявили кое-что еще: слабокристаллический гидрат силиката магния (MSH).

«Особенно интересным в MSH является то, что он способен вмещать широкий диапазон соотношений магния и кремния», — сказал ведущий автор исследования Кейсуке Фукуши из Университета Канадзавы. «Эта гибкость может быть ключом к пониманию того, как происходило взаимодействие воды с горными породами без стирания существовавших ранее химических различий в родительских астероидах».

Состав большинства материалов остается стабильным при воздействии одинаковых водных условий. Однако предыдущие исследования и лабораторные работы показывают, что MSH представляет собой своего рода аномалию: он может существовать в одних и тех же водных условиях и иметь различное соотношение магния и кремния. Поэтому данная работа предполагает, что MSH является исходной точкой, и что если он образовал фазы серпентина и сапонита, присутствие MSH может объяснить два различных результата без обязательного необходимости различной водной модификации для каждого из них.

Исследование говорит кое-что не только о Рюгу, но и о углеродистых хондритах. Большая часть их матриц могла состоять из слабокристаллического MSH. Если этот материал сначала выпал в осадок, а затем претерпел трансформацию, то различные составы глинистых минералов, обнаруженных в матрице, могли возникнуть без отдельной, обособленной водной среды для разных областей родительского астероида.

«При условии первоначального осаждения и последующих минералогических преобразований может быть получен широкий диапазон вариаций состава без необходимости отдельных водных условий для каждого локального состава», — пишут авторы. «Эта концепция обеспечивает физико-химическую основу для объяснения изменчивости состава и связанного с ней разнообразия филлосиликатов хондритовых матриц С-типа в рамках сценария изменения материнского тела».

Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) приобретает репутацию организации, успешно выполняющей миссии по сбору образцов, которые являются одними из самых сложных в выполнении. Первая миссия Hayabusa, несмотря на многочисленные трудности, в 2010 году всё же смогла доставить небольшой образец с астероида Итокава. Hayabusa 2 оказалась полностью успешной, как показывает данное исследование. А в данный момент миссия JAXA Martian Moons eXplorer направляется к Фобосу, крупнейшему из двух спутников Марса, чтобы собрать образец с этого планеты.