2024-07-13 15:55

小行星样本惊喜:本努拥有太阳系的“原始成分”

显微镜下的贝努暗粒子图像,大约一毫米长,表面有一层明亮的磷酸盐。右边是一个较小的断裂碎片。来源:来自Lauretta & Connolly et al.(2024)《陨石与行星科学》,doi:10.1111/maps.14227

美国宇航局的OSIRIS-REx任务从小行星Bennu带回了一个样本,揭示了它的存在它包含了太阳系的关键物质和可能存在水的迹象。这一发现为早期太阳系的形成提供了宝贵的见解条件和生命的潜在起源。

由美国宇航局亚利桑那大学领导的OSIRIS-REx任务对近地小行星Bennu带回的岩石和尘埃样本进行了深入研究,揭示了一些期待已久的惊喜。

OSIRIS-REx样本分析小组发现,本努含有形成太阳系的原始成分。这颗小行星的尘埃富含碳和氮,以及有机化合物,这些都是我们所知道的生命的基本组成部分。样本中还含有磷酸钠镁,这让研究小组感到惊讶,因为它没有出现在探测器在本努收集的遥感数据中。它在样本中的存在表明,这颗小行星可能是从一个早已消失的、微小的、原始的海洋世界分裂出来的。

2023年9月24日,在美国国防部的犹他测试和训练靶场,美国宇航局OSIRIS-REx任务的样本返回舱在沙漠着陆后不久。该样本是由美国宇航局的OSIRIS-REx宇宙飞船于2020年10月从小行星Bennu上收集的。图片来源:NASA/Keegan Barber

Bennu样本的旅程和交付

2016年9月8日发射的起源、光谱解释、资源识别和安全风化层探测器,被称为OSIRIS-REx,开始了它的近地小行星本努的旅程,从表面收集岩石和尘埃样本。OSIRIS-REx是美国第一个从小行星上收集样本的任务。该航天器于2023年9月24日将重达4.3盎司(121.6克)的样本送回地球

“经过这么多年,终于有机会深入研究来自本努的OSIRIS-REx样本,这是令人难以置信的兴奋,”OSIRIS-REx的首席研究员、亚利桑那大学月球和行星实验室的行星科学教授Dante Lauretta说。“这一突破不仅回答了关于早期太阳系的长期问题,而且为探索地球作为宜居行星的形成开辟了新的途径。”我们概述论文中概述的见解激发了进一步的好奇心,促使我们渴望更深入地探索。”

Lauretta是发表在《陨石与行星科学》上的一篇论文的共同主要作者,该论文详细介绍了小行星样本的性质。这篇论文还介绍了Bennu样本目录,这是一个在线资源,关于样本的信息是公开的,科学家可以在这里为自己的研究索取样本材料。

“由Lauretta博士和Connolly博士领导的第一篇描述Bennu样本的论文的发表对于该任务以及月球和行星实验室来说是一个令人兴奋的里程碑,”亚利桑那大学月球和行星实验室主任兼行星科学系主任Mark Marley说。“我们的教师、科学家和学生将在未来几年甚至几十年继续研究这个样本。目前,我们只能想象我们的星球起源的故事,以及我们实验室里已经存在的贝努谷物所讲述的生命。”

一个从上到下的容器,里面装着来自贝努小行星的岩石和尘埃,上面的硬件刻度以厘米为单位。图片来源:NASA/Erika Blumenfeld和Joseph Aebersold

Bennu的“水的过去”?

对Bennu样本的分析揭示了这颗小行星组成的有趣见解。该样本主要由粘土矿物,特别是蛇纹石组成,反映了在地球海洋中脊发现的岩石类型,地幔(地壳下的一层)的物质在那里遇到了水。

海水和地幔物质之间的相互作用导致了粘土的形成,并产生了包括碳酸盐、氧化铁和硫化铁在内的各种矿物。但在Bennu样本中最意想不到的发现是水溶性磷酸盐的存在,Lauretta说。这些化合物是今天地球上所有已知生命的生物化学成分。

在2020年由日本宇宙航空研究开发机构的隼鸟2号任务运送的小行星龙宫样本中发现了类似的磷酸盐。但在Bennu样本中检测到的磷酸钠镁因缺乏包裹体而引人注目,包裹体就像被困在岩石中的其他矿物质的小气泡,其颗粒的大小在任何陨石样本中都是前所未有的,Lauretta说。

在本努样本中发现的磷酸钠镁提出了地球化学过程的问题,这些过程将这些元素聚集在一起,并为本努的历史条件提供了有价值的线索。

“磷酸盐的存在和状态,以及本努上的其他元素和化合物,表明这颗小行星过去有水,”劳雷塔说。“本努可能曾经是一个更湿润的世界的一部分。不过,这一假设还需要进一步调查。”

这张本努的马赛克图是由美国宇航局的OSIRIS-REx宇宙飞船观察到的,该飞船在近距离观察了这颗小行星两年多。来源:NASA/戈达德/亚利桑那大学

来自年轻的太阳系

尽管它可能有与水相互作用的历史,但本努仍然是一颗化学成分原始的小行星,其元素比例与太阳非常相似。

劳雷塔说:“我们带回的样本是目前地球上最大的未改变小行星物质储存库。”

这颗小行星的构成让我们得以一窥太阳系的早期,也就是45亿年前。岩石保持着原始状态,自形成以来既没有融化也没有再凝固,肯定了它们原始的性质和古老的起源。

这幅艺术家的概念图展示了OSIRIS-REx(起源光谱解释资源识别安全-风化层探测器)宇宙飞船与小行星Bennu接触,使用触碰取样臂机制或TAGSAM。该任务成功地将本努表面涂层的样本带回地球进行研究。来源:美国国家航空航天局

暗示生命的基石

研究小组还证实,这颗小行星富含碳和氮。这些元素对于了解Bennu材料起源的环境以及将简单元素转化为复杂分子的化学过程至关重要,这些化学过程可能为地球上的生命奠定基础。

劳雷塔说:“这些发现强调了从像本努这样的小行星上收集和研究物质的重要性,尤其是那些在进入地球大气层时通常会燃烧的低密度物质。”“这种材料是解开太阳系形成复杂过程的关键,也是可能导致地球上出现生命的生命前化学物质的关键。”

接下来是什么

未来几个月,美国和世界各地的数十个实验室将从美国宇航局休斯顿约翰逊航天中心接收部分本努样本,预计未来几年OSIRIS-REx样本分析小组将发表更多描述本努样本的科学论文。

“贝努的样本是诱人的美丽的外星岩石,”该论文的共同主要作者哈罗德·康诺利说,他是该任务的样本科学家,领导了样本分析小组,新泽西州格拉斯伯勒的罗文大学教授,亚利桑那大学的访问研究科学家。“每周,OSIRIS-REx样本分析小组的分析都会提供新的,有时甚至是令人惊讶的发现,这些发现有助于对类地行星的起源和演化施加重要的限制。”

参考资料:“实验室中的小行星(101955)Bennu: OSIRIS-REx收集的样品的性质”,作者:Dante S. Lauretta, Harold C. Connolly, Joseph E. Aebersold, Conel M. O'D。亚历山大,Ronald-L。巴卢兹、杰西卡·j·巴恩斯、海伦娜·c·贝茨、卡琳娜·a·班尼特、劳伦·布兰奇、埃里卡·h·布卢门菲尔德、西蒙·j·克莱门特、乔治·d·科迪、丹妮拉·n·德拉吉斯蒂娜、杰森·p·德沃金、斯科特·a·埃克利、狄奥尼西斯·i·福斯图斯蒂娜、伊恩·a·弗兰奇、丹尼尔·p·格拉文、理查德·c·格林伍德、皮埃尔·海内库尔、维多利亚·e·汉密尔顿、多洛雷斯·h·希尔、高广·博伊、卡纳·石maru、弗雷德·乔丹、汉娜·h·卡普兰、琳赛·p·凯勒、阿什利·j·金、皮尔斯·科福兹、梅丽莎·k·孔托吉亚尼斯、洛恩·勒、罗伯特·j·马克、Timothy J. McCoy, Ralph E. Milliken, Jens Najorka, Ann N. Nguyen, Maurizio Pajola, Anjani T. Polit, Kevin right, Heather L. Roper, Sara S. Russell, Andrew J. Ryan, Scott A. Sandford, Paul F. Schofield, Cody D. Schultz, Laura B. Seifert, Shogo Tachibana, kathy L. Thomas- keprta, Michelle S. Thompson, Valerie Tu, Filippo Tusberti, Kun Wang, Thomas J. Zega, C. W. V. Wolner, 2024年6月26日,陨石与行星科学。DOI: 10.1111 / maps.14227