Forskere finder vand i prøver fra asteroiden Itokawa

To kosmokemikere ved Arizona State University har foretaget de første målinger nogensinde af vand indeholdt i prøver fra overfladen af ​​en asteroide. Prøverne kom fra asteroiden Itokawa og blev indsamlet af den japanske rumsonde Hayabusa.

Holdets resultater tyder på, at påvirkninger tidligt i Jordens historie af lignende asteroider kunne have leveret så meget som halvdelen af ​​vores planets havvand.

"Vi fandt ud af, at prøverne, vi undersøgte, var beriget med vand sammenlignet med gennemsnittet for objekter i det indre solsystem, " siger Ziliang Jin. En postdoc ved ASU's School of Earth and Space Exploration, han er hovedforfatter på papiret udgivet 1. maj i Videnskabens fremskridt rapportering af resultaterne. Hans medforfatter er Maitrayee Bose, adjunkt i skolen.

"Det var et privilegium, at den japanske rumfartsorganisation JAXA var villig til at dele fem partikler fra Itokawa med en amerikansk efterforsker, " siger Bose. "Det afspejler også godt på vores skole."

Holdets idé om at lede efter vand i Itokawa-prøverne kom som en overraskelse for Hayabusa-projektet.

"Indtil vi foreslog det, ingen tænkte på at lede efter vand, " siger Bose. "Jeg er glad for at kunne rapportere, at vores anelse gav pote."

I to af de fem partikler, holdet identificerede mineralet pyroxen. I terrestriske prøver, pyroxener har vand i deres krystalstruktur. Bose og Jin havde mistanke om, at Itokawa-partiklerne også kunne have spor af vand, men de ville vide præcis hvor meget. Itokawa har haft en barsk historie med opvarmning, flere påvirkninger, stød, og fragmentering. Disse ville hæve temperaturen på mineralerne og drive vand væk.

For at studere prøverne, hver omkring halvdelen af ​​tykkelsen af ​​et menneskehår, holdet brugte ASU's Nanoscale Secondary Ion Mass Spectrometer (NanoSIMS), som kan måle så små mineralkorn med stor følsomhed.

NanoSIMS-målingerne viste, at prøverne var uventet rige på vand. De antyder også, at selv nominelt tørre asteroider som Itokawa faktisk kan rumme mere vand, end forskerne har antaget.

Fragmenteret verden

Itokawa er en jordnøddeformet asteroide omkring 1, 800 fod lang og 700 til 1, 000 fod bred. Den kredser om Solen hver 18. måned i en gennemsnitlig afstand på 1,3 gange Jord-Sol-afstanden. En del af Itokawas vej bringer den ind i Jordens kredsløb og længst, det fejer lidt ud over Mars.

Baseret på Itokawas spektrum i jordbaserede teleskoper, planetforskere placerer det i S-klassen. Dette forbinder det med de stenede meteoritter, som menes at være fragmenter fra S-type asteroider brækket af i kollisioner.

"S-type asteroider er et af de mest almindelige objekter i asteroidebæltet, " siger Bose. "De blev oprindeligt dannet i en afstand fra Solen på en tredjedel til tre gange Jordens afstand." Hun tilføjer, at selvom de er små, disse asteroider har beholdt alt vand og andre flygtige materialer, de er dannet med.

I struktur, Itokawa ligner et par murbrokker, der er knust sammen. Den har to hovedlapper, hver besat med kampesten, men med forskellige samlede tætheder, mens der mellem lapperne er et smallere afsnit.

Jin og Bose påpeger, at dagens Itokawa er resten af ​​en forælderkrop på mindst 12 miles bred, der på et tidspunkt blev opvarmet mellem 1, 000 og 1, 500 grader Fahrenheit. Forælderkroppen fik flere store stød fra påvirkninger, med en sidste rystende begivenhed, der brød det fra hinanden. I kølvandet smeltede to af fragmenterne sammen og dannede dagens Itokawa, som nåede sin nuværende størrelse og form for omkring 8 millioner år siden.

"De partikler, vi analyserede, kom fra en del af Itokawa kaldet Muses Sea, " siger Bose. "Det er et område på asteroiden, der er glat og støvdækket."

Jin tilføjer, "Selvom prøverne blev indsamlet ved overfladen, vi ved ikke, hvor disse korn var i den oprindelige moderkrop. Men vores bedste gæt er, at de blev begravet mere end 100 meter dybt inde i den."

Han tilføjer, at på trods af det katastrofale opbrud af moderkroppen, og prøvekornene udsættes for stråling og stød fra mikrometeoritter på overfladen, mineralerne viser stadig tegn på vand, der ikke er gået tabt til rummet.

Ud over, siger Jin, "Mineralerne har hydrogenisotopsammensætninger, der ikke kan skelnes fra Jorden."

Bose forklarer, "Dette betyder, at S-type asteroider og almindelige kondritters moderlegemer sandsynligvis er en kritisk kilde til vand og adskillige andre elementer for de terrestriske planeter."

Hun tilføjer, "Og vi kan kun sige dette på grund af in-situ isotopmålinger på returnerede prøver af asteroide regolit - deres overfladestøv og sten.

"Det gør disse asteroider til højprioriterede mål for udforskning."

Spejder efter prøver

Bose bemærker, at hun er ved at bygge et rent laboratorium på ASU, som sammen med NanoSIMS (delvist finansieret af National Science Foundation) ville være den første sådanne facilitet på et offentligt universitet, der er i stand til at analysere støvkorn fra andre solsystemlegemer.

Endnu en japansk mission, Hayabusa 2, er i øjeblikket ved en asteroide ved navn Ryugu, hvor den vil indsamle prøver, bringer dem tilbage til Jorden i december 2020. Direktøren for ASU's Center for Meteoritstudier, professor Meenakshi Wadhwa, er medlem af Initial Analysis team for Chemistry for Hayabusa 2 missionen.

ASU er også ombord på NASA's OSIRIS-REx prøve-retur-mission, som kredser om en jordnær asteroide ved navn Bennu. Blandt andre instrumenter rumfartøjet bærer OSIRIS-REx Thermal Emission Spectrometer (OTES), tegnet af ASU Regents' professor Philip Christensen og bygget på Skolen. OSIRIS-REx er planlagt til at indsamle prøver fra Bennu i sommeren 2020 og bringe dem tilbage til Jorden i september 2023.

For planetariske videnskabsmænd og kosmokemikere, der tegner et billede af, hvordan solsystemet blev dannet, asteroider er en stor ressource. Som resterende byggesten til planetsystemet, de varierer meget indbyrdes, mens de bevarer materialer fra tidligt i solsystemets historie.

siger Bose, "Sample-retur-missioner er obligatoriske, hvis vi virkelig ønsker at lave en dybdegående undersøgelse af planetariske objekter."

Og hun tilføjer, "Hayabusa-missionen til Itokawa har udvidet vores viden om det flygtige indhold af de kroppe, der var med til at danne Jorden. Det ville ikke være overraskende, hvis en lignende mekanisme for vandproduktion er fælles for stenede exoplaneter omkring andre stjerner."