水和小惑星リュウグウのレゴリス粒子が経験した軽度の衝撃の歴史

Sep 26, 2023

自然天文学 (2023)この記事を引用

2205 アクセス

32 オルトメトリック

メトリクスの詳細

微小隕石は、地球の主な水源である可能性があり、親小惑星への衝突時に水和したコンドライト物質が爆発的に飛散して形成されると考えられています。ただし、この起源と形成メカニズムは、小惑星から返されたサンプルを使用してまだ直接確認されていません。今回我々は、電子顕微鏡観察に基づいて、小惑星リュウグウの表面粒子における軽度の衝撃変成の証拠を報告する。すべての粒子は層状ケイ酸塩によって占められていますが、脱水テクスチャーが欠けており、これは約 500 °C 未満の衝撃加熱温度を示しています。広範囲に衝撃変形したフランボイダル磁鉄鉱と高圧でのFe-Cr-硫化物の多形に関連する微小断層のような組織が確認されている。これらの発見は、平均ピーク圧力が約 2 GPa であることを示しています。リュウグウのような小惑星への衝突中に形成される噴出物の大部分は、衝突点から遠く離れた場所で発生する、1ミリメートルよりも大きい水和物質であると考えられます。これらの特徴は現在の微小隕石生成モデルと矛盾するため、新しい形成メカニズムが必要となります。

小天体間の超高速衝突は、初期の太陽系 1 で頻繁に発生しており、その結果、砕石形成、クレーター、降着、マグマの生成、脱ガスなどのさまざまな結果が生じました 2。これらのプロセスは、脆性/塑性変形構造、固体相変態、再結晶化、溶融、蒸発など、小惑星および惑星の表面物質に対する幅広い物理的および化学的変化として記録されています2。したがって、惑星物質科学者は、太陽系の歴史を通じて起こった衝突事象と関連プロセスの性質を理解するために、小惑星、月、火星に由来すると考えられる衝撃隕石の調査に熱心に取り組んできました3。。たとえば、衝撃を受けた隕石から解読されたピーク圧力とその継続時間は、過去の衝突速度や小惑星のサイズに制約を与えます7、8。

To link such impact event parameters to well-defined Solar System environments, knowledge of the relevant source regions is required. However, at present, there are only limited numbers of returned samples available for detailed study. Shock effects have been reported in lunar rocks returned by the Apollo missions9,4 Ga Apollo 14 and 15 zircons. Meteorit. Planet. Sci. 54, 181–201 (2018)." href="/articles/s41550-023-01947-5#ref-CR10" id="ref-link-section-d2724302e1179"> 10、スターダストミッションによって帰還された彗星の核物質11、12、および宇宙航空研究開発機構（JAXA）のはやぶさミッションによって帰還されたS型小惑星イトカワの表面粒子。イトカワ粒子では、衝撃誘起欠陥構造 (結晶格子転位)、メルトスプラッシュ、およびマイクロクレーターがカンラン石粒子で初めて確認されました 13,14。カンラン石と斜長石の結晶学的分析と分光学的分析に基づくいくつかの試みにもかかわらず、イトカワ岩石全体の衝撃効果を完全に評価することはできませんでした15、16。これは、返された粒子のほとんどが、サイズが 50 µm 未満の単一粒子または複数の粒子の凝集体で構成されているためです。

水分を含んだ小惑星に関連する衝撃効果は、そのような小惑星が地球外塵粒子の主要な発生源の 1 つであると考えられているため、惑星科学において特に興味深いものです。地球に到着する地球外物質の大部分は、サイズが 50 ～ 500 μm の範囲の微小隕石の形で到来し 18、その流入量は年間約 30,000 トンと推定されています 19。ほとんどの未溶融および部分的に溶融した微小隕石は、主に含水層状珪酸塩から構成される多孔質集合体である CI (イヴナ型)、CM (ミゲイ型)、およびタギシュ湖型の炭素質コンドライトのマトリックスと化学および鉱物学的に類似しています 20,21。このような物質は、衝撃加熱時の H2O などの揮発性成分の蒸発により爆発的に粉砕されて微小隕石となる可能性が高く、隕石として存続する可能性は低い 22。この仮説は、実験室衝撃実験を使用して、無水 CV (ビガラノ型) と水和 CM 軟骨隕石の回収サンプルの岩石学と鉱物学を比較することによってさらに確認されました 23,24。

JAXA のはやぶさ 2 ミッションは、水和小惑星物質の衝撃変成を直接評価する機会を提供しました。はやぶさ 2 探査機は、2020 年 12 月初旬に C 型小惑星 162173 リュウグウから合計約 5.4 g の物質を地球に持ち帰ることに成功しました 25。持ち帰られた物質には、最初のタッチダウン (チャンバー A 粒子) と、地球付近での 2 回目のタッチダウンで収集されたリュウグウの表面粒子が含まれます。小型キャリーオンインパクター（SCI）によって形成された人工衝突クレーター（チャンバーC粒子）25。本研究の目的は、リュウグウの表面物質の衝撃変成の程度を走査型電子顕微鏡（SEM）と透過型電子顕微鏡（TEM）で評価し、小さな水和太陽系への衝突過程での脱水によって大量の塵の生成が引き起こされるという仮説を評価することである。リュウグウを含む遺体。

In the present study, we investigated five Ryugu particles (A0002, A0037, C0009, C0014 and C0068) from both chambers A and C using SEM and/or TEM. The mineralogy and petrology as well as the elemental and isotopic compositions of the Ryugu particles26,27,28,29,30,31,32,33 have close similarities with the CI chondritic meteorites34,35,5 μm) components within CI-chondrites and their individual clasts: mixing of various lithologies on the CI parent body(ies). Geochemistry 79, 125532 (2019)." href="/articles/s41550-023-01947-5#ref-CR36" id="ref-link-section-d2724302e1269">36. 本研究は主に、電子顕微鏡を使用して観察されたリュウグウ粒子の衝撃特性に焦点を当てています。

この研究で調べられたリュウグウ粒子は、当初は衝撃を受けていないように見えました。しかし、衝撃変成に関連するいくつかの特徴的な特徴が見つかりました。観察されたバルク粒子には、特に炭酸塩が豊富な例で不規則な破壊が見られます 27,32。実験的に衝撃を受けた水和CMコンドライト37で報告されている準平行破壊は観察されなかった（図1a）。 SEM で観察される衝撃に関連する可能性のあるもう 1 つの特徴は、かんらん石粒子の脆性変形です。粒子 C0009 では、層状珪酸塩マトリックス中に 10 個を超える単離されたカンラン石が確認されました 28,32。カンラン石粒子（<50 μm）は部分的に不規則な破壊を示しますが、実験的および自然に衝撃を受けたカンラン石で見られるような平面的な破壊は示しません2（図1b、c）。

a、粒子 C0014 の研磨部分の後方散乱電子 (BSE) 画像。 Fe の硫化物および酸化物の粒子 (明るい部分) が層状ケイ酸塩が豊富なマトリックス (濃い灰色) に埋め込まれています。粒子には不規則な亀裂がいくつかあるだけです。四角で囲った領域を図 2a に示します。 b、c、粒子 C0009 内の 2 つの異なるオリビン粒子 (Ols) の BSE 画像。両方の Ol には、いくつかの不規則な亀裂が見られますが、平面的な亀裂は見られません。平面的な亀裂は、約 5 GPa を超えるピーク圧力によってのみ形成されます。

ソースデータ

衝撃によって引き起こされる溶融脈や溶融ポケットはすべての粒子に存在しません。ただし、粒子 C0014 には、長さ 70 μm 未満、幅 5 μm 未満の、まれで薄く真っ直ぐな静脈が見られます。これらの鉱脈の1つでは、球状のマグネタイト粒子の集合体が薄いレンズ形状をしており、集合体の両側は鉱脈に沿った細長いフィロケイ酸塩で終端されています（図2a、b）。フィロケイ酸塩鉱脈には、脱水/溶融生成物であることが知られている小胞も Fe-Ni-S ナノ小球も含まれていません 37。層状ケイ酸塩の化学組成は、細粒層状ケイ酸塩マトリックスの化学組成とほぼ同じです（図2c）。静脈と同じ方向に沿って、別のフランボイダル磁鉄鉱集合体が単純なせん断で変形します（図2a、b）。

a、マイクロシェアゾーンのBSE画像（黄色の黒三角で示す）。フランボイダル磁鉄鉱集合体はせん断領域に沿って伸長します。 b、aのボックス領域の拡大画像。矢印は、フランボイダル磁鉄鉱集合体の断層オフセットにおける微小断層に沿ったせん断方向を示します。微小断層に沿った細長い層状ケイ酸塩粒子は、白抜きの黄色の三角形で示されています。 c、aの領域のMg、Al、Si、S、Ca、FeのX線マップ。微小断層に沿ったケイ酸塩部分は、周囲のケイ酸塩マトリックスと同様の化学組成を持っています。断層帯に小胞やFe-Ni-S小球が存在しないことは、その部分が衝撃加熱によって溶融しなかったことを示唆している。

ソースデータ

4 つのリュウグウ粒子 (A0002、A0037、C0009、C0068) を TEM によりさらに高い空間分解能で調べました。上記の粒子から抽出された超薄切片は、主にFe硫化物とFe酸化物粒子を含む層状ケイ酸塩で構成されています（図3aおよび補足図1および2）。数マイクロメートルのサイズの粗粒層状ケイ酸塩凝集体は、細粒状の層状ケイ酸塩マトリックスに埋め込まれた羽毛状のテクスチャーを伴って発生します。高解像度TEM画像と制限視野電子回折（SAED）パターンから、層状珪酸塩は蛇紋岩とサポナイトが相互成長し、層間間隔がそれぞれ0.7 nmと1.1 nmであることが明らかになりました（図3b）。微細なマトリックス層状ケイ酸塩の一部は結晶性が低く、d間隔が0.45、0.25、0.15 nmの回折リングが見られます（図3c）。粒子A0037およびC0068の粗粒および細粒フィロケイ酸塩の化学組成は、0.84±0.03（1σ）のMg /（Mg + Fe）原子比を持ちます（図3dおよび補足表1）。一方、A0002のフィロケイ酸塩の化学組成は、およびC0009はFe末端メンバーに近い。 Fe の濃縮は、層状ケイ酸塩に埋め込まれた非常に細かい (<10 nm) 硫化鉄粒子および/または層状ケイ酸塩内の Mg-Fe の不均一性によって引き起こされる可能性があります。これらの値は、他のリュウグウ粒子 31,33 およびオルゲイユ CI コンドライト 34 の層状ケイ酸塩の値と一致しています。

a、C0068 の極薄切片の高角度環状暗視野走査 TEM 画像。 CPh、粗粒層状ケイ酸塩骨材。 FPh、細粒層状珪酸塩マトリックス。 Pn、ペントランダイト。ポー、磁硫鉄鉱。 b、A0037 の蛇紋石 (Srp) とサポナイト (Sap) の連晶の明視野 TEM 画像。 Srp と Sap はそれぞれ 0.7 nm と 1.1 nm の層間間隔を示します。 c、C0068の結晶性の悪い層状珪酸塩の明視野TEM画像。 SAED パターンは、挿入図に示されている部分からの d 間隔 0.45、0.25、および 0.15 nm に対応する粉末回折リングを示しています。 d、粒子A0002、A0037、C0009およびC0068中の層状ケイ酸塩のMg-(Si + Al)-Fe三元プロット。黒い破線は Srp と Sap の固溶線を示します。 Orgueil CI コンドライト 34 の粗粒層状珪酸塩と細粒層状珪酸塩の化学組成範囲は、それぞれ薄赤色の領域と水色の領域として示されています。灰色の破線は、A0037 および C0068 の層状ケイ酸塩の Mg/(Mg + Fe) の傾向を示しており、0.84 です。粒子 A0002 および C0009 の高度に Fe に富んだ組成は、層状珪酸塩粒子内のサブマイクロメートルスケールの硫化鉄粒子によって引き起こされると考えられます。これは、走査型 TEM エネルギー分散型 X 線分光法 (EDS) 分析や/または層状ケイ酸塩自体の Mg-Fe の不均一性。樹液よりも高い Si 含有量のデータは、層状ケイ酸塩層の隙間にナノメートルスケールの Si に富む非晶質材料が存在することによって引き起こされると考えられます。分析数: A0002 では N = 44、A0037 では N = 19、C0009 では N = 20、C0068 では N = 27。

ソースデータ

磁硫鉄鉱と磁鉄鉱は、層状ケイ酸塩に次いで 2 番目に豊富な鉱物です。磁硫鉄鉱は一般に、細粒層状ケイ酸塩マトリックス全体にわたって、サイズが最大6μmの正面体および副面体粒子として発生します（補足図2および3a、c、e）。マグネタイトは、主に、CIコンドライトの「フランボイド」に対応する孤立した球形粒子（<8μm）または球形粒子の凝集体（<0.9μm）として発生します（補足図2cおよび3c）。ペントランダイトは、磁鉄鉱や磁硫鉄鉱よりも小さな粒子（サイズ<0.8μm）として発生します（補足図2および3e）。微量のエスコライト（Cr2O3;サイズ<0.8μm）も粒子C0009およびC0068で見つかりました（補足図2cおよび3g）。

特に、A0002では独特のFe硫化物粒子が観察されました（図4a）。この粒子は正面体であり、純粋なFeCr2S4組成を備えたサイズは1.2μm（図4b）、細粒層状ケイ酸塩マトリックス内に位置しています（補足図2a）。このタイプの硫化物はドーブレライトとして知られ、立方晶スピネル構造を持っています。ただし、粒子からのSAEDパターンは、最近エンスタタイトコンドライトで発見された鉱物ゾレンスキー石として知られる単斜晶FeCr2S4相でのみインデックス付けされます38（図4c、dおよび方法）。

a、FPh粒子A0002に埋め込まれたFe硫化物粒子（Zor）の明視野TEM画像。 b、純粋な FeCr2S4 組成を示す粒子の X 線スペクトル。 b の EDS スペクトルの Cu ピークは、FIB セクションの取り扱い/配置に使用される銅グリッドからのものです。 c、d、[1\(\bar 1\)0] (c) および [1\(\bar 3\)0] (d) ゾーンに沿った単斜晶 NiAs 構造 (ゾレンスキー石) を持つ FeCr2S4 粒子の SAED パターン軸。矢印は逆格子ベクトル [uvw]* の方向を示します。ｃ * は逆格子軸を表す。

ソースデータ

漸進的な岩石学的および鉱物学的遷移は、隕石および地球衝突クレーター岩の分類に使用されます2。バルク粒子およびその構成鉱物の脆性変形の特徴は、コンドライト隕石の比較的低衝撃グレード (衝撃段階 S1 ～ S3) に関連する基準です 2,37。この分類は、バルク隕石の準平行破壊とかんらん石粒子の平面破壊が、それぞれ 15 GPa (参考文献 37) と 5 GPa (参考文献 2) を超えるピーク圧力の指標であることを提案しています。したがって、このような種類の亀裂が存在しないことは、リュウグウ粒子のピーク圧力が 5 GPa よりも低かったことを示唆しています。

本研究では、粒子 C0014 で見つかった微小断層状の脈を使用して、ピーク圧力に対する新しい制約を報告します。この静脈には、小胞や Fe-Ni-S ナノ小球など、強い衝撃を受けた隕石でよく観察される溶融微小組織がありません 6,37。後者は、非混和性のケイ酸塩と金属硫化物の溶融物の急冷混合物の証拠です。したがって、C0014 のこの特徴は、脆性天体変形によって形成された細粒の石脈である可能性があります。フランボイダル磁鉄鉱の伸長とオフセットは、この鉱脈が衝撃変成作用によって生じた微小断層である可能性が高いことも示唆しています。この研究は、地球上で地震を引き起こす断層と類似したプロセスとして、衝撃誘起断層を評価することを試みています。このような断層にかかる応力は、断層力学解析に基づいて次の式で表すことができます39。

ここで、τ、ΔT、C、d、ρ、D はそれぞれ摩擦せん断応力、温度上昇、バルク岩石の熱容量、断層厚さ、バルク岩石の密度、断層に沿った変位です。摩擦せん断応力は、次の式を使用して平均応力 Pm ([σ1 + σ3]/2: σ1 > σ2 ≈ σ3) に変換されます40。

ここで、μは摩擦係数を示します。ここで、ΔT は微小断層帯のみの局所的な温度上昇に対応します。最大 ΔT 〜 1,100 K は、リュウグウ表面の最低温度 (〜 300 K)41 と、溶融しない摩擦加熱の上限温度に相当する水和炭素質コンドライトの固相線温度 (〜 1,400 K)42 との間にあると仮定します。摩擦係数 μ は、蛇紋岩や粘土の多い岩石の高速摩擦における典型的な値として 0.1 に設定されました 43,44。 C (865 J kg−1 K−1)31 およびρ (1.79 g cm−3)31 の値は、典型的なリュウグウ粒子の値と仮定されます。 D (48.9 μm) および d (5.3 μm) は、変形した球状フランボイダルマグネタイト骨材の観察寸法からの推定値です (詳細は方法を参照)。上記のパラメータを式 (1) および (2) に代入すると、ピーク圧力として近似される平均応力の上限はおよそ 2 GPa になります (図 5 および方法)。粒子 C0014 は、SCI によって作られた人工衝突クレーターからの噴出物である可能性があります。微小断層状の静脈は、SCI クレーター操作中の衝撃変形によって生成されたことが示唆されます。ただし、衝撃物理計算に基づくと、SCI噴出物の0.003体積％未満のみが2 GPaを超える圧力を受けるため、SCIの衝撃によって微小故障が引き起こされる可能性は除外できます（補足図8〜10）。

各曲線の横の数字は、微小断層帯での温度上昇（ケルビン）を表します。断層に沿って観測された変位は 48.9 μm と推定されます。 Mg-Fe-蛇紋石の非脱水に基づくと、平均ピーク温度は約 500 °C 未満であると推定されていますが 45、摩擦加熱によりせん断ゾーン内でははるかに高い温度が予想されます。バルク炭素質コンドライトの固相線温度42を考慮すると、ピーク温度の上限が約1,100℃であることを考えると、リュウグウ粒子内のピーク圧力は約2 GPa未満であると推定されます。

ソースデータ

サブミクロンスケールの観測は、リュウグウ粒子が経験するピーク温度と圧力に関する証拠も提供します。 TEM スケールでも、実験的に報告された、Si に富む非晶質ケイ酸塩に埋め込まれた豊富なベシクルや微細な Fe 硫化物/酸化物粒子の形成など、Mg-Fe 層状ケイ酸塩の脱水および溶融組織を見つけることができませんでした。水和コンドライト３７．これは、加熱温度が、Mg-Fe-蛇紋石の脱水温度に相当する〜500℃を超えなかったことを示唆しています45（補足図4）。最近報告されているように、リュウグウ材料に含まれる脂肪族炭素豊富な有機物とキュバナイト (CuFe2S3) の安定性も、上限温度をそれぞれ 30 °C (参考文献 27) と 210 °C (参考文献 32) に制限します。衝撃加熱後の冷却過程は衝突体やターゲットの物体の大きさに依存するため、リュウグウの衝撃による熱履歴の詳細は不明である。脂肪族炭素およびキューバナイトは、低温条件では安定であるが、高温衝撃加熱の継続時間が非常に短く（たとえば、数秒から数時間）、広範囲に変動した場合には、保持される可能性がある。対照的に、最も豊富な成分であるフィロケイ酸塩は、衝撃加熱のマイクロ秒以内でも影響を受けやすく、>580 °C で脱水されます (参考文献 24)。したがって、Mg-Fe-蛇紋岩からのピーク温度の制約はより信頼性が高くなります。蛇紋岩に富む材料の以前のハイドロコード衝撃シミュレーションは、CM 炭素質コンドライト (Mg-Fe 層状ケイ酸塩が優勢) と CI コンドライトの両方のピーク圧力とピーク温度の関係を調査するために最適化されていました 46。 CI のようなリュウグウ材料の衝撃インピーダンスが CM コンドライトの衝撃インピーダンスから適応される場合、リュウグウ材料のピーク圧力の上限は ~5 GPa です (補足図 4)。

粒子 A0002 における独特の硫化鉄相 (ゾレンスキー石) の発見により、ピーク圧力が強く制限されます。 FeCr2S4 の相平衡は実験的に研究されています 47 (補足図 5)。ドーブレライトは周囲圧力および室温で安定です。 700 °C では、不規則な六方晶 NiAs 型相は約 4 GPa 以上で安定し、温度の低下とともに転移圧力が増加しました。この研究では、規則的な単斜晶系 NiAs 型相 (ゾレンスキー石) が 520 °C、5.5 GPa で回収されたことも報告されました。六方晶相と単斜晶相の正確な相関係は詳細には明らかにされていないが、ドーブレライト (3.83 g cm-3) 48 と比較してゾレンスキー石 (4.09 g cm-3) の密度が高い 38 ことは、ゾレンスキー石が高圧であることを示唆しています。 FeCr2S4 の相。層状ケイ酸塩の生存から推定されるリュウグウ粒子全体の最大衝撃加熱温度が約 500 °C であることを考慮すると、ドーブレライトは 2 GPa 近くの A0002 でゾレンスキー石に変態したと考えられます。

最近の高分解能 TEM 分析により、リュウグウ粒子の一部の表面には、太陽風照射や (微小) 隕石衝突によって引き起こされる宇宙風化の特徴があることが報告されました 49。このうち、最外層の泡状層は、リュウグウ表面の後者の層状ケイ酸塩に富むマトリックスの溶融生成物と解釈されている。衝撃の影響は、厚さ 1 μm 未満の表面近くの部分に限定されます。したがって、これらは粒子全体の衝撃特徴を表すものではありません。本研究では、岩石学的および鉱物学的衝撃に関連する特徴に基づいて、リュウグウ粒子の平均ピーク圧力は〜2 GPaであり、〜1 km s-1の衝突速度に対応すると結論付けています（補足図4および6）。 ); 推定されたピーク圧力にはある程度の不確実性がある可能性があることにも注意してください。

層状珪酸塩、ドロマイト、フランボイダル磁鉄鉱などの熱水鉱物の存在は、水和コンドライトについて記録されているように、リュウグウの表面物質が広範な水質変質を受けたことを示しています 34,50。しかし、リュウグウのサイズ（<1 km）は、26Al 崩壊によって引き起こされる内部熱を、水の変質が熱水鉱物を形成するのに十分な期間維持するには小さすぎます 51 。このことは、この小惑星がより大きな前駆体母天体から生じたに違いないことを示しています。リュウグウ粒子中の炭酸塩の 53Mn-53Cr 年代測定は、炭酸塩が Ca-Al に富んだ包有物形成後 180 万年以内に形成されたことを示唆しており 29、これまでの研究で推定されていたよりもはるかに早い 30,33。これは、大きな前駆体体を炭酸塩形成年齢よりも早いか、直後に直径 20 km 未満の破片に砕く必要があることを意味します。そうでなければ、その時点での大きな物体の 26Al の量（26Al/27Al = ~10−5）は、含水鉱物の脱水を引き起こし、その後、水の変質に続いて溶融するのに十分な熱を生成するでしょう。したがって、現在のリュウグウは、瓦礫の山で水和した小惑星 52 であり、この大きな天体で大規模な熱変成が始まる前に、前駆体天体への大規模な衝突イベントによる破片の集合によって形成された可能性が高い。あるいは、リュウグウの物質は、小惑星ケレス 53 について以前に提案されているように、順行熱変成中に大きな分化した前駆体体の CI/CM 様の表層に衝突した後に生じたものである。

最近の衝突実験とハイドロコードシミュレーション 54 では、直径 20 km の衝突小惑星と直径 100 km のターゲット小惑星の衝突がモデル化されました。これらの小惑星はどちらも水和した多孔質の材料でできており、リュウグウのような材料をシミュレートしています。衝突時の衝突による揮発性物質の放出は、主小惑星帯における典型的な衝突速度（6〜7 km s−1）であっても、衝突体の質量のわずか 2〜4 wt% に限定されていました55。理論的結果と現在の観測結果を要約すると、衝突した小惑星の塊のほとんどは、脱水することなく機械的に破壊されるだけで、瓦礫の山となったリュウグウ本体を形成することになる。以前に予測されていたように、リュウグウ前駆体の衝突点近くの小さな塊だけが、Mg-Fe蛇紋石の脱水温度以上に広範囲に加熱され、部分的または完全に脱水されたサブミリメートルサイズのダスト粒子と蒸気の放出を含むように粉砕された可能性がある。衝撃実験による 23,24。

今回の研究で観察されたリュウグウ粒子には脱水テクスチャーや鉱物的特徴が完全に欠如していることは、水和した小惑星が経験した衝突イベントを通じて水を層状ケイ酸塩のヒドロキシルとして保存していたことを示している。この研究はまた、このような分裂現象中の衝撃加熱による揮発による微小隕石（サイズ500μm未満18）の生成は衝突点付近に限定され、その総量は以前に予想されていたよりもはるかに少ないことを示唆している23。したがって、CI のような小惑星からの含水物質の大部分は、微小隕石ではなく隕石 (サイズ > 500 μm) として地球に到来すると考えられます。この発見は、地球の表面で収集されたほとんどの未溶融および部分的に溶融した微小隕石が、水和したCI、CM、およびタギシュ湖のような炭素質コンドライトと遺伝的関係を持っているという事実と矛盾しているようです20、21。この矛盾を調和させる考えられる説明は、地球の大気圏に突入する際の空気力学的加熱による含水隕石の分裂である56,57。しかし、ほとんどの微小隕石に太陽風希ガスが保持されている58ことは、それらの粒子が地球の大気圏に突入した際に元のサイズを保っていたことを示唆している。

米国航空宇宙局のオシリス・レックス宇宙船による水和小惑星ベンヌの最近のリモートセンシング観測では、小惑星の表面から粒子（センチメートルスケール以下）が繰り返し放出されていることが判明した59。私たちは、熱破壊による水和小惑星の表面岩石の亀裂が、多数の微小隕石を生成する別のメカニズムであると仮説を立てています。ベンヌから返還されたサンプルをさらに分析すると、水和した小惑星がどのように水を保存し、この水がどのようにして地球に届けられるのかについて、より詳細な洞察が得られるでしょう。

はやぶさ２探査機によって収集されたリュウグウの表面粒子は、地球大気にさらされることなく、再突入カプセルから回収され、日本の JAXA キュレーション施設に輸送されました25。 JAXA のキュレーション施設でのカタログ作成と予備分析の後、最大 4.1 mm のサイズの 8 個の粒子がフェーズ 2 キュレーション高知チームに割り当てられ、詳細な調査が行われました。研究所間のサンプル輸送中の地上汚染物質を避けるために、サファイアガラスとステンレス鋼60で作られたサンプルカプセルパックを備えた気密サンプル輸送容器が使用されました。

研磨中に表面から物質が溶出するのを避けるために、粒子は乾燥条件下で研磨されました。各サンプルの研磨表面は、EDS (Oxford Instruments AZtec Energy) を備えた走査型電子顕微鏡 (JEOL JSM-7100F) を使用して検査され、国立研究所の高解像度イメージングを使用してサンプルの鉱物学的および組織の概要が得られました。日本の極地研究所の。サンプルの移動、処理、および SEM 観察の詳細は、Ito et al.27 および Yamaha et al.32 に記載されています。

海洋研究開発機構高知コア試料研究所（高知県）の集束イオンビーム（FIB）装置（日立ハイテクSMI4050）を用いて、厚さ約150～200nmのリュウグウ粒子切片を作製した。そしてテクノロジー。すべての切片は、精製 N2 ガスで満たされた気密サンプル輸送容器から取り出した直後の、未処理の元の粒子の破砕片から抽出されました。断片はカーボンテープに取り付けられ、FIB チャンバーに輸送されました。タングステン保護層の堆積後、加速電圧 30 kV で Ga+ イオンビームを使用して対象領域 (最大約 25 × 25 µm2) を切り出し、薄くした後、5 kV、プローブ電流 40 で仕上げました。表面イオン損傷層を最小限に抑えるための pA。続いて、FIB を備えたマイクロマニピュレーターを使用して、超薄切片をスケールアップした Cu グリッド (Kochi Grid60) 上にマウントしました。

走査型透過型 X 線顕微鏡、近端 X 線吸収微細構造分光法 (STXM-NEXAFS) および高空間分解能二次イオン質量分析 (NanoSIMS) 分析を行った場合と行わない場合の 11 個の FIB セクションを、透過型電子顕微鏡 (JEOL JEM- ARM200F）は、高知海洋研究開発機構において加速電圧200 kVで運転されました。明視野TEMと高角度環状暗視野走査TEMにより微細組織観察を行った。鉱物相は SAED および格子縞イメージング (高解像度 TEM) を使用して同定され、化学分析は 100 mm2 シリコンドリフト検出器を備えた EDS および JEOL Analysis Station 4.30 ソフトウェアを使用して実行されました。定量分析の場合、各元素の特性 X 線の強度は、30 秒の固定取得時間、約 100 × 100 nm2 のビーム走査面積、および走査 TEM モードでのビーム電流 50 pA を使用して測定されました。層状ケイ酸塩の (Si + Al)-Mg-Fe 比は、天然パイロープアルマンディンガーネット標準から得られた実験的な厚さ補正された k 係数を使用して決定されました。

今回の断層力学計算によるピーク圧力推定では、微小断層面のせん断応力はリュウグウ粒子の次の物性値を用いて本文中の式(1)により計算した。熱容量は298Kで865 J kg−1 K−1 C、密度ρは1.79 g cm-3（参考文献31）。温度上昇ΔTについては、SEMで観察した微小断層状脈に伴う層状ケイ酸塩の分解特徴は認められなかった。これは、層状ケイ酸塩が 500 °C 未満の温度を経験したことを示唆している可能性があります45。しかし、粒子全体が平均衝撃温度まで加熱されるのとは対照的に、微小断層近くの局所的に加熱された部分は、比較的冷たい周囲の物質への熱伝導によってより急速に冷却されるはずです。層状ケイ酸塩の脱水反応速度が遅い場合、層状ケイ酸塩は断層による一時的な加熱中に 500 °C を超えても分解されなかった可能性があります。したがって、今回の計算では微小断層の温度上限をリュウグウ粒子バルクの固相線温度（約1,100℃）に設定した。

微小断層の変位 D を推定するために、球 - 楕円体変形の単純なせん断モデルを仮定しました。せん断ひずみγは次式で表されます。

ここで、r0 は事前変形された球状オブジェクトの半径です。せん断ひずみ γ は、次の式を使用して計算されました。

ここで、a と b はそれぞれ、楕円形に変形されたオブジェクトの長軸と短軸です61。元の球形フランボイダルマグネタイトの集合体の半径 r0 (9.5 μm) は、ImageJ ソフトウェアを使用して粒子 C0014 から取得した観察された反射電子画像内の細長いフランボイダルマグネタイト集合体の総面積を測定することによって推定されました。フランボイダルマグネタイトの長軸a(45.2μm)と短軸b(5.3μm)は反射電子像により直接測定した。これらの測定パラメータと式 (3) および (4) から、微小断層の変位 D は 48.9 μm と推定されました。最後に、本文に示すように、式 (1) および (2) から摩擦せん断応力 τ を使用して平均応力 Pm を計算しました。断層力学解析と衝撃物理計算は単純に比較するものではないが、式(1)、(2)で求められる前者の解析40における平均応力Pm ([σ1 + σ3]/2: σ1 > σ2 ≒ σ3)は、後者の解析で平均応力 ([σ1 + 2σ3]/3: σ1 > σ2 ≈ σ3) と呼ばれるピーク圧力と同等です62。

iSALE コードを使用した最近の衝撃物理計算により、モデル対象物質としての花崗岩中の粒子の衝撃変成におけるピーク圧力と偏差応力履歴が明らかになりました 62。偏差応力の最大成分は、ピーク圧力のタイミング付近で最大になります。また、差応力は圧力がピーク圧力の数十％に低下するまでに最大になります。微小断層は、断層に対する法線応力が減少し始めるため、圧縮段階の終了直後 (つまり、減圧段階の開始時) に最も変位する可能性が高くなります。

FeCr2S4 粒子からの単結晶電子回折パターンは、空間群 C2/m および格子パラメータ a = 1.284 nm、b = 0.344 nm、c = 0.594 nm および β = 117° を持つゾレンスキーイト単位胞によってインデックス付けされました (参考文献 38)。）。

結論を評価するために必要なすべてのデータは、論文と補足情報に記載されています。また、1年間の専有期間を経た後、宇宙航空研究開発機構データアーカイブ・配信システム（https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2）にも掲載されます。ソースデータはこのペーパーに付属しています。

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これらの貴重な粒子を小惑星リュウグウから地球に持ち帰るための献身と技術に対して、はやぶさ２プロジェクトのすべての科学者と技術者に感謝します。また、リュウグウ粒子の治療活動、初期の非破壊調査、サンプル調製にご協力いただいたマリンワークスジャパンにも感謝いたします。 G. Collins、K. Wünnemann、B. Ivanov、J. Melosh、D. Elbeshausen を含む iSALE の開発者に感謝します。 pySALEPlot の開発については、T. Davison 氏にも感謝します。衝撃物理モデリングの一部は、国立天文台計算天体物理学センターの PC クラスター上で実行されました。本研究の一部は、JSPS 科研費（NT への助成金 JP20H01965、MI への JP18K18795 および JP18H04468、AY への JP19H01959、MU への JP18H05479（革新領域 MFS 材料科学）、MK への JP18K03729、NI への JP21K03652、JP17H0 による支援によるものです）。 6459 to TU; JP19K03958 MAへのJP17H06459、T. OhigashiへのJP18K03830、TYへのJP17H06459およびJP19H01951、S.-iWへのJP18KK0092、JP19H00726、JP21K18660およびJP21H01140、および国立極地研究所研究プロジェクト（Aへの助成金KP307による）や）。

ミンチャン・リウ

現在の住所: 米国カリフォルニア州リバモア、ローレンスリバモア国立研究所

Yu Kodama

現住所：東洋株式会社（東京）

高知コア試料研究所、海洋研究開発機構 X-star、南国市

Naotaka Tomioka, Motoo Ito & Keishi Okazaki

国立極地研究所、立川市

Akira Yamaguchi, Naoya Imae & Makoto Kimura

総合研究大学院大学（葉山市）

Akira Yamaguchi, Naoya Imae & Yuichi Tsuda

高輝度光科学研究センター、佐用市

Masayuki Uesugi & Kentaro Uesugi

首都大学東京大学院理学研究科化学専攻

Naoki Shirai

神奈川大学理学部化学科

Naoki Shirai

UVSOR放射光施設、分子科学研究所、岡崎市

Takuji Ohigashi & Hayato Yuzawa

高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所、つくば市

Takuji Ohigashi

カリフォルニア大学地球惑星宇宙科学科、ロサンゼルス、カリフォルニア州、米国

ミンチャン・リウ

惑星および宇宙科学、オープン大学、ミルトンケインズ、イギリス

リチャード・C・グリーンウッド

宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究所、相模原市

Aiko Nakato, Kasumi Yogata, Yuzuru Karouji, Satoru Nakazawa, Tatsuaki Okada, Takanao Saiki, Satoshi Tanaka, Makoto Yoshikawa, Akiko Miyazaki, Masahiro Nishimura, Toru Yada, Masanao Abe, Tomohiro Usui & Yuichi Tsuda

マリンワークスジャパン株式会社、横須賀市

Yu Kodama

大阪大学機械工学科（吹田市）

Kaori Hirahara

名古屋大学高輝度光科学研究センター（名古屋）

Ikuya Sakurai & Ikuo Okada

広島大学大学院先進理工学研究科地球惑星システム科学プログラム

Keishi Okazaki & Masaaki Miyahara

千葉工業大学惑星探査研究センター（習志野市）

Kosuke Kurosawa

京都大学地球惑星科学部門

Takaaki Noguchi, Akira Miyake, Toru Matsumoto & Yohei Igami

大阪首都大学地球科学部（大阪府）

Yusuke Seto

神奈川工科大学、厚木市

Fuyuto Terui

名古屋大学大学院環境学研究科（名古屋）

Sei-ichiro Watanabe

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NT、MI、AY が研究プロジェクトを組織しました。 NT、MI、AY、MU、NI、NS、T.Ohigashi、MK MC.L.、RCG、KU、AN、KY、HY、Y.Kodama は、リュウグウ粒子のサンプルハンドリング、準備および取り付けプロセスを実施しました。 MI、NT、T.Ohigashi、MU、KU、HY、Y.Kodama、KH、IS、IO、Y.Karouji は、複数の機器用のユニバーサルサンプルホルダーを開発しました。走査型電子顕微鏡分析は AY、MK、NI、MI、NT によって実施されました集束イオンビームサンプル処理は Y.Kodama と NT によって実施されました透過型電子顕微鏡検査の作業は NT によって実施されました断層力学の計算は NT と KO によって実施されました、およびピーク圧力小型キャリーオンインパクターによる影響は、KKTN、A.Miyake、MM、YSTM、YI によって評価され、リュウグウ粒子と炭素質コンドライトの鉱物学に関して貴重なコメントと議論を提供しました。 AN、KY、A.Miyazaki、MN、TY、T.Okada、MA、TU は、割り当てられたリュウグウ粒子の初期特性評価のための JAXA キュレーション活動を主導しました。 SN、TS、ST、FT、MY、S.-iW、YT がプロジェクトを管理し、主任研究者を務めました。 NT が論文を執筆し、著者全員が結果について議論し、その論文についてコメントしました。

Correspondence to Naotaka Tomioka.

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Astronomy は、この研究の査読に貢献してくれた Christopher Hamann と他の匿名の査読者に感謝します。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

補足テキスト 1 ～ 3、図。 1 ～ 10 および表 1 ～ 4。

SEMによる未処理の画像。

SEM による未処理の画像と SEM-EDS による未処理の X 線マップ。

S(TEM)による未処理画像とSTEM-EDSによる三値プロットの解析データ。

TEM による未処理の画像と電子回折パターン、および TEM-EDS による X 線スペクトルデータ。

図 5 の図の計算データ。

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転載と許可

富岡直也、山口明、伊藤正他水和小惑星リュウグウのレゴリス粒子が経験した軽度の衝撃の歴史。ナット・アストロン（2023）。 https://doi.org/10.1038/s41550-023-01947-5

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受信日: 2022 年 5 月 12 日

受理日: 2023 年 3 月 16 日

公開日: 2023 年 4 月 20 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-023-01947-5

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