25 августа 2011 в журнале Science опубликованы первые шесть научных отчетов по результатам исследования вещества астероида (25143) Итокава, доставленного на Землю
японской межпланетной станцией Hayabusa ('Сокол') 13 июня 2010 г. Всего в ловушках приемного устройства было найдено 1534 частицы пыли максимальным размером до 180 мкм. Это первый в истории
космонавтики материал, доставленный непосредственно с поверхности космического тела, иного нежели Земля и Луна*.
|
Возвращение на Землю капсулы Hayabusa
|
Hayabusa: Возвращение на Землю |
ВОЗВРАЩЕНИЕ НА ЗЕМЛЮ |
* В сентябре 2004 г. и январе 2006 г. американские КА Genesis и Stardust доставили на Землю соответственно образцы вещества солнечного ветра и кометной пылевой оболочки. В обоих случаях забор
образцов производился на пролетной траектории. У КА Hayabusa в ходе спуска на астероид осенью 2005 г. не сработало штатное устройство для 'взбивания' грунта, однако некоторая часть его, придя
в движение при касании поверхности, все-таки осела в ловушках.
|
ВОЗВРАЩЕНИЕ НА ЗЕМЛЮ |
Разумеется, первый вопрос, на который должны были ответить исследователи с учетом нештатной процедуры забора грунта: действительно ли доставленное на Землю вещество имеет своим происхождением
поверхность Итокавы? Минералогический, петрографический и химический анализ, наличие благородных газов и изотопный состав образцов однозначно подтвердили этот факт и позволили доказать родство
материала астероида S-класса с определенным типом находимых на Земле метеоритов - обыкновенными хондритами.
Так, группа Томоки Накамуры (Tomoki Nakamura) из Университета Тохоку провела анализ 38 образцов реголита размером от 30 до 150 мкм на дифракцию и прохождение рентгеновского излучения и с
использованием сканирующего электронного микроскопа. Ученые определили в частицах Итокавы такие минералы, как оливин, пироксены (богатые и бедные кальцием) и плагиоклаз, и в меньших количествах -
троилит, тэнит и хромит. По минералогии и минеральному составу они идентичны термально модифицированным LL-хондритам. Эти результаты были подтверждены спектроскопическими наблюдениями Итокавы,
сделанными как с Земли, так и приборами КА Hayabusa.
|
|
Трудоемкий процесс поиска частиц в ловушке капсулы Hayabusa
|
Hayabusa: Возвращение на Землю |
Исследователи также отметили, что большинство частиц испытывало продолжительный тепловой отжиг с последующим ударным воздействием. Отсюда следует интереснейший вывод: Итокава - вторичное тело,
собравшееся из фрагментов внутренней области более крупного астероида.
'Мы заключаем, что родительское тело Итокавы было около 20 км в диаметре. Температура его ядра достигла 800њС, после чего медленно снижалась, - поясняет Т. Накамура. - Потом другой астероид
столкнулся с 'первоначальной' Итокавой и разрушил ее. То, что мы знаем под этим именем ныне, является остатком, малой частью оригинала, и состоит из фрагментов, которые собрались вновь под
действием слабой силы тяжести'.
|
Одна из найденных частиц в капсуле Hayabusa (изображение получено сканирующим электронным микроскопом, SEM)
|
Hayabusa: Возвращение на Землю |
Команда Хисаеси Юримото (Hisayoshi Yurimoto, Университет Хоккайдо) провела масс-спектрометрию вторичных ионов и определила изотопный состав кислорода в образцах Итокавы. Они оказались обеднены
изотопом
16O по сравнению с земным веществом, и это также позволило заключить, что Итокава и прочие астероиды S-типа являются одним из источников найденных на Земле равновесных
обыкновенных хондритов типа LL и L.
|
Состав частицы астероида Итокава
|
Hayabusa: Возвращение на Землю |
Подчеркнем, что прямое доказательство их родства требовало априорного знания изотопного состава вещества хотя бы одной малой планеты. Именно этот недостающий 'кирпичик' информации принес
японский 'Сокол'.
Между тем давно известно, что спектры отражения метеоритов из группы обыкновенных хондритов отличаются от спектров астероидов S-типа, и из-за этого некоторые астрономы считали их
дифференцированными объектами со сложной тепловой историей. Группа Такааки Ногути (Takaaki Noguchi) из Университета Ибараки смогла устранить противоречие: спектр изменяется за счет космического
выветривания, то есть изменения характеристик вещества безатмосферного небесного тела, обращенного в открытый космос.
|
Рентгеновская компьютерная томография частицы (слева) и объемный обзор (справа), полученый в установке с синхротнонным излучением SPring-8.
|
Hayabusa: Возвращение на Землю |
На пяти из десяти изученных частиц Итокавы была отмечена модификация поверхностного слоя, различная в зависимости от их минерального состава. Так, в поверхностном слое (толщиной всего 5-15 нм)
оливина, низкокальциевого пироксена и плагиоклаза отмечены богатые железом серосодержащие наночастицы, появившиеся, вероятно, при осаждении из газовой фазы. Другой тип железных наночастиц,
уже лишенных серы, проникает в ферромагнитные силикаты на глубину до 60 нм. Текстура их указывает на механизм метамиктизации с восстановлением двукратно ионизированного железа до нейтрального.
|
Минеральный состав частиц. Минеральная смесь 30%, Оливин 39%, Ортопироксен и клинопироксен 11%, плагиоклаз 13%, сульфид железа + железо 7%
|
Hayabusa: Возвращение на Землю |
Мицуру Эбихара (Mitsuru Ebihara, Токийский городской университет) с соавторами выполнили нейтронно-активационный анализ одного зернышка материала Итокавы массой около 3 мкг. Как выяснилось,
оно состоит главным образом из оливина с небольшими добавками плагиоклаза, троилита и металлов. По соотношениям количества железа и скандия, никеля и кобальта изученное вещество сходно с
хондритами, но при этом отношение количества иридия к никелю и кобальту примерно в пять раз ниже, чем у углистых хондритов типа CI. Недостаток иридия характерен также для металлов в хондрах -
застывших капельках расплава внутри обычных хондритов. Логично заключить, что эти металлические включения сконденсировались позднее, чем тугоплавкие сидерофильные элементы, и отдельно от них.
|
Слева: Частицы на границе между цилиндрической стенкой и перегородкой, отделяющей ловушку B.
Справа: Частица подхвачена кварцево-стеклянной иглой (0,1 мкм диаметр наконечника)
|
Hayabusa: Возвращение на Землю |
Исследователи во главе с Акирой Цутияма (Akira Tsuchiyama) из Университета Осаки провели рентгеновскую микротомографию 40 частиц вещества Итокавы и предложили сценарий их образования. Судя
по средней плотности (3.4 г/см
3), минеральному составу и трехмерной структуре, частицы представляют собой смесь LL-хондритов разной степени равновесности. Следов плавления ни на одной
частице нет, но некоторые из них имеют скругленные края. В целом и по размеру, и по форме они отличаются от частиц лунного реголита. Предварительный вывод таков: большинство частиц сформировано
ударами метеороидов о поверхность астероида, а сейсмические движения зерен реголита на гладких участках поверхности приводят к стачиванию их острых углов.
|
Частица захвачена электростатическим ультрамикро-манипулятором в поле зрения сканирующего электронного микроскопа SEM
|
Hayabusa: Возвращение на Землю |
Наконец, коллектив Кэйсукэ Нагао (Keisuke Nagao, Университет Токио) измерил соотношение изотопов инертных газов в трех зернах материала Итокавы массой до 0.2 мкг. На различных глубинах были
выявлены большие количества гелия, неона и аргона, поступивших путем многократной имплантации из солнечного ветра, причем была отмечена предпочтительная потеря гелия в ходе взаимного трения
частиц. Отсутствие изотопа
21Ne, образующегося под действием энергичных космических лучей, позволило заключить, что зерна экспонировались не более 3 млн лет на поверхности или не более
8 млн лет на глубине до полуметра. Исследователи заключили, что Итокава теряет поверхностный материал (который уходит в открытый космос) со скоростью в несколько десятков сантиметров за
миллион лет, а следовательно, срок жизни этого астероида значительно меньше возраста Солнечной системы.
|
Примеры частиц найденных в ловушке.
A: Слева изображение сканирующего микроскопа SEM (10кэВ, 60Pa),
справа изображение оптического микроскопа одного и того же образца.
B: Более мелкие частицы на поверхности образца
C: Множество частиц в космосе объединились в комки
|
Hayabusa: Возвращение на Землю |
Таким образом, Итокава - вторичное тело, сформировавшееся после разрушения более крупного астероида из такого же материала, что и метеориты семейства хондритов. Его поверхностный слой
подвергается механическому перемешиванию и воздействию солнечного ветра и других космических факторов. Часть материала постоянно теряется, так что примерно через один миллиард лет Итокава может
полностью 'рассосаться' в пространстве.
