Τι θα συμβεί με την αστεροειδή σκόνη που επέστρεψε στη Γη από το ιαπωνικό διαστημικό σκάφος;

Οι αστεροειδείς σταματούν την άθικτη σκόνη από το σχηματισμό του ηλιακού συστήματος. Εδώ ο αστεροειδής Ida και το φεγγάρι του Dactyl – © NASA / JPL / USGS

  • Σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύθηκε από τον συνεργάτη μας The Conversation, το διαστημικό σκάφος Hayabusa-2 έφερε τα πρώτα δείγματα από έναν αστεροειδή άνθρακα στη Γη.
  • Η εξέταση των συλλεχθέντων δειγμάτων θα πρέπει να επιτρέπει την ανακατασκευή ενός μέρους του λείπουν κυττάρου στα στάδια σχηματισμού του ηλιακού μας συστήματος.
  • Οι καθηγητές Hugues Leroux και Damien Jacob από το Πανεπιστήμιο της Λιλ ανέλυσαν αυτό το φαινόμενο.

Μετά από ένα ταξίδι 6 ετών στο διάστημα για να συναντήσει έναν μικρό αστεροειδή άνθρακα, ο ανιχνευτής Hayabusa-2 επέστρεψε στη Γη.

Στις αποσκευές σας φέρνει πίσω πολύτιμα δείγματα συλλέγονται στην επιφάνεια ενός αστεροειδούς, ο οποίος θα μελετηθεί λεπτομερώς με ισχυρά όργανα χαρακτηρισμού ύλης.

Φέρτε σκόνη από τον αστεροειδή Ryugu στη Λιλ

Hayabusa-2 αποστολήΤο ιαπωνικό διαστημικό πρακτορείο JAXA, έστειλε μια έρευνα σε τροχιά γύρω
Ryugu αστεροειδής. Έκανε έναν λεπτομερή χάρτη και πήρε δείγματα της επιφάνειάς του για να τον φέρει πίσω στη Γη.

Η επιστροφή στη Γη πραγματοποιήθηκε το βράδυ του Σάββατου 5 έως την Κυριακή 6 Δεκεμβρίου 2020. Τα δείγματα θα είναι διαθέσιμα για εργαστηριακή ανάλυση το 2021. Αυτή θα είναι η πρώτη φάση της έρευνας των ήδη δημιουργημένων ομάδων (προκαταρκτικές αναλύσεις) που αποτελούν μέρος της ομάδας του Πανεπιστημίου της Λιλ. Τα δείγματα στη συνέχεια θα είναι διαθέσιμα σε ολόκληρη την ερευνητική κοινότητα μέσω προσκλήσεων για έργα.

Ο αστεροειδής Ruygu φωτογραφήθηκε από το ιαπωνικό διαστημικό σκάφος Hayabusa 2 © JAXA, Πανεπιστήμιο του Τόκιο, Πανεπιστήμιο Kochi, Πανεπιστήμιο Rikkyo, Πανεπιστήμιο Nagoya, Ινστιτούτο Τεχνολογίας Chiba, Πανεπιστήμιο Meiji, Πανεπιστήμιο Aizu, AIST, CC BY-SA

Το Ryugu είναι ένας αστεροειδής άνθρακας, δηλαδή περιέχει ανθρακούχο υλικό. Αναμένεται επίσης να περιέχει στρώματα πυριτικών (πυριτικά που περιέχουν νερό σε μοριακή μορφή ή υδροξυλο ΟΗ ομάδες). Η μελέτη των δειγμάτων θα πρέπει επομένως να επιτρέψει σημαντικές εξελίξεις σε θεμελιώδη ζητήματα – αφενός η προέλευση του νερού στη Γη και αφετέρου η φύση της πρωτόγονης ανθρακούχου ύλης που πιθανώς έπαιξε ρόλο στην εμφάνιση της ζωής.

Αυτή είναι η πρώτη επιστροφή δειγμάτων από έναν αστεροειδή άνθρακα – ο πρώτος ανιχνευτής Hayabus έφερε δείγματα από έναν μικρό αστεροειδή άνθρακα Itokawa pl 2010.

Αναζητήστε ενδείξεις για το σχηματισμό του ηλιακού συστήματος στον “καταψύκτη” ή το διάστημα

Για να καταλάβουμε γιατί αναζητούμε ενδείξεις για το σχηματισμό του ηλιακού συστήματος σε αστεροειδείς, πρέπει να μιλήσουμε λίγο για αυτόν τον σχηματισμό. Στον γαλαξία μας, το νέφος του αερίου και της σκόνης άρχισε να καταρρέει κάτω από το δικό του βάρος περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν – αυτή ήταν η αρχή της γέννησης του ηλιακού συστήματος.

Η περιστροφή ολόκληρου του νέφους παράγει ένα “πρωτοπλανητικός” δίσκοςστο κέντρο του οποίου είναι ο ανατέλλοντας ήλιος. Είναι μια ταραχώδης εποχή που η σκόνη που αποτελεί τα στοιχειώδη τούβλα του Ηλιακού Συστήματος υφίσταται βαθιές αλλαγές ως αποτέλεσμα της συσσωμάτωσης (γνωστής ως “προσαύξηση”) και συγκρούσεων. Σταδιακά, ο πρωτοπλανητικός δίσκος μετατράπηκε στη διαμόρφωση που γνωρίζουμε σήμερα: τον ήλιο και τους πλανήτες του.

Τώρα μπορούμε να παρατηρήσουμε πρωτοπλανητικούς δίσκους στον γαλαξία μας: πρέπει να εξετάσουμε περιοχές σχηματισμού αστεριών, για παράδειγμα το περίφημο νεφέλωμα του Ωρίωνα.

Ένας πρωτοπλανητικός δίσκος γύρω από το νεαρό αστέρι HL Tau, περίπου 450 έτη φωτός μακριά © ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), CC BY-SA

Όμως, παραδόξως, η σκόνη που σχηματίζει αυτούς τους πρωτοπλανητικούς δίσκους ανιχνεύεται καλύτερα όταν είναι μικροί και είναι πολύ δύσκολο να δούμε σώματα μεγαλύτερα από περίπου 1 mm που απορροφούν πλήρως την υπέρυθρη ακτινοβολία που χρησιμοποιείται για την παρατήρησή τους. Ως αποτέλεσμα, καθώς η συσσώρευση αρχίζει στον πρωτοπλανητικό δίσκο, τα δημιουργημένα αντικείμενα μεγαλώνουν και δεν εντοπίζονται πλέον. Επομένως, το στάδιο σχηματισμού των μαζικών σωμάτων του ηλιακού συστήματος είναι ακόμη σε μεγάλο βαθμό άγνωστο.

Σε αναζήτηση των εξαρτημάτων του ηλιακού συστήματος

Η φάση συσσώρευσης παράγει αντικείμενα διαφόρων μεγεθών, συμπεριλαμβανομένων κομητών, αστεροειδών και πλανητών (αστεροειδείς σχηματισμένοι σε περιοχές πιο κοντά στον Ήλιο από τους κομήτες).

Μερικοί αστεροειδείς είναι ένα μίλι ή λιγότερο. Έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον επειδή έχουν διατηρήσει τα στοιχειώδη τούβλα του δίσκου σκόνης. Πράγματι, το θέμα που τα συνθέτει δεν έχει εξελιχθεί, ή έχει ελάχιστα, από την εποχή της αύξησης, επειδή οι ζώνες του χώρου στον οποίο κατοικούν είναι πολύ κρύες για να επιτρέψουν, για παράδειγμα, νέα είδη ορυκτών. Αυτά τα αντικείμενα είναι, κατά κάποιον τρόπο, καταψύκτες του αναδυόμενου ηλιακού συστήματος. Η μελέτη τους σημαίνει να επιστρέψουμε 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Αυτά τα μικροσκοπικά αντικείμενα περιστρέφουν συνήθως τον Ήλιο σε σταθερές τροχιές γνωστές ως αστεροειδείς ζώνες ή κομήτες. Ωστόσο, υπάρχουν στιγμές που ορισμένες τροχιές αποσταθεροποιούνται. Στη συνέχεια, η τροχιά των σωμάτων εκτρέπεται και μπορούν να βυθιστούν στο εσωτερικό ηλιακό σύστημα, όπου βρίσκονται οι τελλουρικοί πλανήτες, συμπεριλαμβανομένης της Γης. Αυτή η εγγύτητα είναι επομένως μια μεγάλη ευκαιρία να τα εξετάσουμε πιο προσεκτικά.

Πορώδες, μια ένδειξη ότι η σκόνη Ryugu θα μας πει περισσότερα από τους μετεωρίτες που βρίσκονται στη Γη

Εικόνα Hayabusa-2 με φόντο τη Γη © Yarnalgo / Flickr, CC BY-SA 2.0

Φασματοσκοπικές και θερμομετρικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν με τον ανιχνευτή Hayabusa-2 σε τροχιά δείχνουν ότι ο αστεροειδής Ryugu είναι πολύ πορώδης, ακόμη και σε πολύ λεπτές κλίμακες. Αυτό το πορώδες δίνει στον αστεροειδή χαμηλή πυκνότητα και χαμηλή μηχανική συνοχή.

Μέχρι τώρα, καταφέραμε να μελετήσουμε μόνο εξωγήινη ύλη πλούσια σε άνθρακα από μετεωρίτες. Αυτοί οι μετεωρίτες είναι αστεροειδή θραύσματα που κόβουν βίαια την ατμόσφαιρα πριν χτυπήσουν το έδαφος. Φαίνεται απίθανο ότι ένα πολύ πορώδες και μηχανικά εύθραυστο υλικό όπως το Ryugu θα μπορούσε να επιβιώσει από τη διείσδυση στην ατμόσφαιρα. Τα δείγματα που εισάγονται από αυτόν τον αστεροειδή είναι επομένως επιστημονικά μοναδικά, ακούγονται σε συλλογές μετεωρίτη, και σίγουρα αρκετά κοντά στο κακώς τροποποιημένο πρωτόγονο σύμπλεγμα σκόνης στον αστεροειδή. Είναι μια ιδανική ρύθμιση για τη μελέτη του σταδίου μετάβασης του κύκλου σκόνης μεταξύ ενός πρωτοπλανητικού δίσκου και των πρώτων σωμάτων του ηλιακού συστήματος.

Στο εργαστήριό μας στο Πανεπιστήμιο της Λιλ, θα μελετήσουμε δείγματα Ryugu χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές απεικόνισης και χημικής ανάλυσης μέχρι την ατομική κλίμακα, χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά μικροσκόπια μετάδοσης για να λάβουμε δέσμη ηλεκτρονίων μικρότερη από το angstrom, δηλαδή μικρότερο από το μέγεθος των ατόμων. Το έργο είναι μέρος μιας μεγάλης διεθνούς κοινοπραξίας περίπου 200 κινητοποιημένων επιστημόνων που θα εξετάσουν αυτά τα δείγματα πολύ προσεκτικά.

Αποκωδικοποιήστε απείρως μικρό για να καταλάβετε απείρως μεγάλο

Μία από τις τεχνικές προκλήσεις δεν είναι να καταστρέψετε τα δείγματα κατά την προετοιμασία και την ανάλυση. Για παράδειγμα, σε μελέτες μικροσκοπίας ηλεκτρονίων, η ύλη βομβαρδίζεται με ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας. Η αλληλεπίδραση μεταξύ της δέσμης ηλεκτρονίων και του δείγματος μπορεί δυστυχώς να προκαλέσει μη αναστρέψιμες τροποποιήσεις στο υπό δοκιμή υλικό.

Προσομοίωση του επιφανειακού χαλικιού του αστεροειδούς Ruygu © Kestrel / Wikimedia, CC BY-SA 4.0

Η ανθρακούχος ύλη και οι ενυδατωμένες φάσεις των αστεροειδών δειγμάτων Ruygu είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες σε αυτήν την αποικοδόμηση της δέσμης ηλεκτρονίων. Επομένως, για να μελετήσουμε αυτά τα εύθραυστα δείγματα, θα χρησιμοποιήσουμε μια νέα γενιά ανιχνευτών που θα ελαχιστοποιήσουν τον αριθμό των ηλεκτρονίων που απαιτούνται για καλό χαρακτηρισμό υλικού και θα μειώσουν σημαντικά την υποβάθμισή του κάτω από τη δέσμη ηλεκτρονίων.

Αυτό το πρόβλημα αποικοδόμησης κατά την παρατήρηση ενός δείγματος από ηλεκτρόνια είναι ένα σοβαρό πρόβλημα και είναι γνωστό εδώ και πολύ καιρό. Είναι ιδιαίτερα ορατό στην περίπτωση βιολογικών δειγμάτων – εξ ου και η μέθοδος «ψυχρής» παρατήρησης εύθραυστων δειγμάτων, των λεγόμενων κρυο-μικροσκοπία ηλεκτρονίων αναπτύχθηκε και έλαβε ένα βραβείο
Νόμπελ Χημείας 2017.

Σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης, μια δέσμη επιταχυνόμενων ηλεκτρονίων με υψηλή ταχύτητα περνά μέσα από το δείγμα και μια σειρά ανιχνευτών συλλέγει τα σήματα που εκπέμπονται μετά την αλληλεπίδρασή τους με την ύλη. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις με την ύλη επιτρέπουν τον χαρακτηρισμό της στην ατομική κλίμακα, διότι στις τελευταίες συσκευές το μέγεθος του ηλεκτρονικού καθετήρα που χρησιμοποιείται είναι της τάξης του μεγέθους των ατόμων.

Με αυτόν τον τρόπο, θα μπορέσουμε να προσδιορίσουμε τη φύση και την οργάνωση των ατόμων που απαρτίζουν τη σκόνη Ruygu: ορισμένοι ανιχνευτές θα επιτρέψουν τη μελέτη της οργάνωσης της ύλης, τον προσδιορισμό των στερεών φάσεων που αποτελούν το δείγμα, την αποκρυπτογράφηση των μικροδομών και την εκπαίδευσή τους. Άλλοι ανιχνευτές θα αφιερωθούν στη χημική ανάλυση, συμπεριλαμβανομένων των δοκιμών σθένος των στοιχείων.

Τελικά, αυτή η έρευνα σε ατομική κλίμακα πρέπει να μας επιτρέψει να αναδημιουργήσουμε ένα μέρος του ελλείποντος συνδέσμου στα στάδια σχηματισμού του ηλιακού μας συστήματος.

Αυτή η ανάλυση γράφτηκε από τους Hugues Leroux και Damien Jacob, καθηγητές στο Πανεπιστήμιο της Λιλ. Το αρχικό άρθρο δημοσιεύθηκε στον ιστότοπο Συνομιλία.

READ  Προειδοποίηση από τον επιστήμονα που ανακάλυψε τον Έμπολα: "Η ανθρωπότητα αντιμετωπίζει έναν άγνωστο αριθμό νέων και δυνητικά θανατηφόρων ιών"

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *