منشاء سیارک ریوگو در سحابی خورشیدی، توسط کربناتها رمزگشایی شده است!!

موقعیت کمربند سیارکی و عکسی از ریوگو که در سال 2018 گرفته شده است (نوار مقیاس برابر با 200 متر). اعتبار: اوبا و همکاران 2023/JAXA.

آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن فضاپیمای هایابوسا2 را در سال 2019 به ریوگو 162173 فرستاد، سیارکی در مدار نزدیک زمین که از قطعات سنگی منشأ گرفته از بدنه مادر بزرگتر تشکیل شده است. مریخ نوردهای متعدد نمونه‌هایی از سطح سیارک را برای مطالعه دانشمندان به زمین آوردند.

نمونه‌ها نشان‌دهنده شهاب‌سنگ‌های اولیه شیمیایی، مشابه کندریت‌های نوع Ivuna، و حاوی ترکیبات شیمیایی خاصی هستند که حضور آب را نشان می‌دهند. به ویژه، تغییرات سطح سیارک توسط آب در بدنه مادر، در دمای تخمینی تا 150 درجه سانتیگراد، مواد معدنی ثانویه (شامل فیلوسیلیکات، کربنات، سولفیدها و اکسیدها) را تولید کرد.

ترسیم شکل گیری سیارک، مطالعات مشترک 89 دانشمند از دانشگاه ها و موسسات تحقیقاتی جهانی، که در Nature Geoscience منتشر شده است، بر دو ترکیب خاص متمرکز است: کربنات کلسیم (کلسیت) و کربنات کلسیم-منیزیم (دولومیت). منبع کربن برای این کربناتها مونوکسید کربن، دی اکسید کربن، متان و/یا مواد آلی است که ممکن است در سحابی خورشیدی، ابر گازی تشکیل شده باشد که گفته می‌شود منظومه شمسی از آن سرچشمه گرفته است.

نمونه‌ها با استفاده از میکروسکوپ‌های تخصصی برای سنگ‌شناسی (مطالعه سنگ‌ها) بازرسی شدند که به موجب آن کریستالهای کلسیت (اندازه کمتر از 10 میکرومتر) و دولومیت (10 میکرومتر) شناسایی شدند که دومی در مقایسه با آن غالب بود.

نمونه سیارک ریوگو در زیر میکروسکوپ که بلورهای تشکیل دهنده آن را نشان میدهد، با دانه‌های کوچک کلسیت که به رنگ آبی و دولومیت به رنگ بنفش در پس زمینه کریستال های دیگر مشخص شده‌اند. اعتبار: Fujiya و همکاران. 2023.

اندازه‌گیری ایزوتوپ‌های کربن و اکسیژن (دو یا چند شکل از یک عنصر با جرم‌های اتمی متفاوت) به آشکار کردن دما و شرایط اکسیژن محیط در زمان رسوب کانی کمک می‌کند. این مقادیر متغیر و بسیار بیشتر از کلسیت روی زمین بودند، با نسبت 18O/16O 24-46 ‰ (قسمت در هزار) بیشتر و 13C/12C 65-108 ‰ بیشتر.

برعکس، اندازه‌گیری‌های دولومیت بسیار محدودتر بود و 31-36 ‰ برای 18O/16O و 67-75‰ برای 13C/12C بود. در نتیجه، تیم تحقیقاتی به این نتیجه رسیدند که کلسیت ابتدا روی سیارک در طیف وسیعی از دماها و شرایط اکسیژن تشکیل شد، قبل از اینکه دولومیت در محیطی بسیار محدودتر متبلور شود، با سطوح پایدار دی اکسید کربن بالا و تخمین دمایی 37 ± 10 درجه سانتی گراد. این یافته‌ها منحصر به سیارک‌های ریوگو و ایوونو هستند و تاکنون در سایر شهاب‌سنگ‌های آبدار شناسایی نشده‌اند.

پیشنهاد می‌شود که تغییرات بزرگ‌تر در نسبت ایزوتوپ‌های اکسیژن در کریستال‌های کلسیت تا حدی ناشی از دمای شکل‌گیری بین ۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد باشد، اما نه تنها این، زیرا در غیر این صورت انتظار می‌رود که ایزوتوپ‌های کربن یک همبستگی مثبت نشان دهند، که اینطور نیست. در عوض، محققان نشان می‌دهند که 18O/16O آب و 13C/12C یون‌های کربنات در زمان و مکان متفاوت است.

در نتیجه، آنها فرض می‌کنند که نسبت‌های 18O/16O در طول شکل‌گیری اولیه منظومه شمسی، قبل از تغییر آبی سیارک، بالاتر بوده است، و متعاقباً در طول زمان کاهش یافته است زیرا کریستال‌های بیشتری از طریق فعل و انفعالات آب و سنگ تشکیل شده‌اند. بنابراین، تفاوت ایزوتوپی بین بلورهای کلسیت و دولومیت توسط بلورهای اولی که از سیالات کمتر تکامل یافته قبل از دومی متبلور شده بودند، حل می شود، جایی که کلسیم نیز راحتتر از منیزیم از سنگ شسته می‌شد.

چهار سناریو برای توضیح تنوع در 13C/12C در نظر گرفته شده است: 1) تقسیم ایزوتوپی نوع ریلی که به موجب آن ترکیبات غنی از 12C ترجیحا آزاد می شوند (مانند متان)، 2) تبلور کسری که در آن تشکیل کربنات های اولیه ترکیب باقی مانده را تغییر می دهد. مخزنی که کربنات های بعدی می توانند از آن متبلور شوند، 3) اختلاط چندین مخزن کربن با نسبت های مختلف 13C/12C، و 4) متغیر اکسیژن و هیدروژن باعث تغییراتی در ایزوتوپ های تشکیل دهنده مونوکسید کربن، دی اکسید کربن و متان شده است.

از میان این سناریوها، تفکیک ایزوتوپی نوع ریلی کاهش می‌یابد زیرا باعث ایجاد نسبت‌های بالاتر 13C/12C در دولومیت‌های تشکیل‌شده از سیالات «تکامل‌شده‌تر» می‌شود، زمانی که عکس آن در نمونه‌ها مشاهده می‌شود.

بنابراین، این سناریوی دوم در مورد اکسیژن متغیر است که به عنوان محرک اصلی تغییرات در نسبت 13C/12C پیشنهاد می شود. این ناشی از اکسیداسیون آهن در سنگ توسط آب است و بر اساس تولید هیدروژن آزاد شده از آب اندازه گیری می شود. این فرضیه مشاهدات افزایش آهن در شهاب سنگ را با تغییرات پیشرونده مطابقت می دهد.

به طور کلی، محیط غنی از 13C در منظومه شمسی به‌جز کربنات‌های موجود در شهاب‌سنگ‌ها نادر است و تیم تحقیقاتی پیشنهاد می‌کنند که بدنه اصلی شهاب‌سنگ ریوگو در حاشیه سرد سحابی خورشیدی شکل گرفته است.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Ryugu asteroid origins in the solar nebula decoded by carbonates

by Hannah Bird , Phys.org  AUGUST 15, 2023 

https://phys.org/news/2023-08-ryugu-asteroid-solar-nebula-decoded.html