Zrno pod označením A0083 bolo nedlho po svojom prílete pomenované Radegast a je len o niečo málo väčšie ako zrno hrubého piesku.
SEM snímky zrna Radegast (CEITEC Nano). Uprostred: Snímka celého zrna. Farebnými rámčekmi sú vyznačené detailnejšie snímky ukazujúce rôznorodú povahu materiálu. Foto: CEITEC Nano
Českí vedci držia významné prvenstvo. Ako prví pozorovali 3D štruktúru zakonzervovanej organickej hmoty z blízkozemskej planétky Ryugu. Vzácne vzorky tam odobrala v roku 2019 japonská sonda Hajabusa 2. Česká republika je jednou z mála krajín, kam ich japonská agentúra JAXA v roku 2022 zaslala. Vďaka tomu mohli českí vedci z pražského Ústavu fyzikálnej chémie J. Heyrovského Akadémie vied ČR (AV ČR) na pracoviskách brnianskeho inštitútu CEITEC a spoločnosti TESCAN podrobne tieto vzorky preskúmať a získať dôležité poznatky o vývoji 4,5 miliardy rokov zakonzervovanej organickej hmoty. Prvé výsledky skúmania sumarizuje článok, ktorý teraz vyšiel v prestížnom časopise Nature Communications.
Vzorky z asteroidu Ryugu sú podobné typom meteoritov zvaných CI chondrity, ktoré vznikli nahromadením prachu materskej hmloviny iba niekoľko miliónov rokov po zrode slnečnej sústavy, ku ktorému došlo pred viac ako 4,5 miliardy rokov. CI chondrity sú najprimitívnejším materiálom, ktorý bol v slnečnej sústave doposiaľ nájdený. Výskum týchto mimozemských telies preto slúži na pochopenie chemického zloženia ranej slnečnej sústavy.
Organický materiál z doby vzniku slnečnej sústavy
Japonská agentúra JAXA poskytla českým vedcom pod vedením Hitesha Changelu na výskumné účely zrno asteroidu Ryugu s veľkosťou približne 1,5 milimetra (mm).
„Na výskume vzoriek asteroidu Ryugu v našom laboratóriu je zjavný veľký rozdiel medzi dátami, ktoré môžu vedci získať. Sonda Hajabusa 2 doviezla pri obrovských nákladoch 5 gramov vzorky jedného z asteroidov. Vzorky sú také vzácne, že boli odoslané len niekoľkým laboratóriám vrátane toho nášho a mohli byť preskúmané výhradne pomocou mikroskopických techník,“ hovorí Martin Ferus, vedúci oddelenia spektroskopie v Ústave fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV ČR.
Porovnanie snímky asteroidu 162173 Ryugu a snímky vzorky Radegast urobenej skenovacím elektrónovým mikroskopom v centre CEITEC Nano (Brno). Foto: JAXA, CEITEC Nano.
Radegast len o málo väčší ako zrno piesku
Zrno pod označením A0083 bolo nedlho po svojom prílete pomenované Radegast a je len o niečo málo väčšie ako zrno hrubého piesku.
Vedci podrobili vzorku skúmaniu pomocou mnohých pokročilých mikroskopických techník. Pomocou techniky FIB-SEM (Focused Ion Beam – Scanning Electron Microscopy) bola v časti vzorky s rozmermi 60 × 65 × 20 mikrometra (μm), čo je menej ako hrúbka ľudského vlasu, vykonaná tomografia.
Pri tomto procese zväzok iónov Xe+ postupne „odrezával“ vrstvy materiálu tenké iba 25 nm. Zo série tisícok snímok týchto „rezov“ vytvorených skenovacím elektrónovým mikroskopom (SEM) bol následne zostavený tomogram, ktorý poskytol informácie o 3D rozložení hmoty v študovanej vzorke. Českým vedcom sa tak ako prvým na svete podarila zobraziť 3D štruktúra organických častí starších ako Zem.
Na identifikáciu prítomných minerálov bola využitá spektrálna analýza röntgenového žiarenia (EDS), ktoré vznikalo interakciou vzorky s vysokoenergetickými elektrónmi v SEM. Detailnejšie snímky potom poskytla transmisná elektrónová mikroskopia (TEM). Detailné snímky ukazujú všadeprítomný ílový minerál (predovšetkým serpentín a saponit), v ktorom sú zanorené zrná magnetitu (Fe3O4), sulfidov železa, fosforečnanov a prítomné uhlíkaté hmoty. Takáto mineralógia je dôkazom procesov zvetrávania primárnych minerálov (olivín, pyroxény) vodou, ktorá pretekala telesom v počiatkoch slnečnej sústavy.
Povaha samotnej organickej hmoty bola zistená pomocou analýzy využívajúcej synchrotrónové žiarenie (STXM-XANES), ktorú vykonali kolegovia z Japonska. Kombináciou týchto výsledkov s vysoko rozlíšeným TEM snímkovaním preukázala prítomnosť organických častíc a difúznej organickej hmoty rozptýlenej vo všadeprítomných ílových mineráloch. Zatiaľ čo povaha organických častíc je bohatá na hydrofóbne aromatické zlúčeniny, rozptýlená difúzna organická hmota zase na výskyt polárnych karboxylových skupín.
Význam výsledkov
Získané výsledky prinášajú cenné informácie na objasnenie povahy organickej hmoty, ktorá mohla byť v raných fázach slnečnej sústavy dopravená na povrch Zeme a mohla byť aj dôležitou surovinou pre vznik života na našej planéte.
„Proti tomu nami vedený spektrálny prieskum meteorov zo Zeme, zo stratosférického balóna alebo z družice v kozme prináša len zlomok informácií, najmä o ich prvkovom zložení. Avšak toto pozorovanie je možné urobiť pre obrovské množstvo úlomkov asteroidov a komét, ktoré krížia dráhu Zeme, vstúpia do atmosféry, spôsobia meteor a zaniknú. Spektrálny a obrazový záznam je tak jediný zdroj informácií o ich zložení a pôvode. Naším cieľom je ale využiť znalosti z výskumu Ryugu a vzoriek meteoritov v našom laboratóriu, naše vlastné pozorovanie meteorov zo stratosférických balónov a z vesmírnych družíc pre vývoj prístrojov, ktoré bude možné vyslať na palube lacných CubeSatov priamo k asteroidom a ku kométam a ktoré prinesú vďaka pokročilým technológiám doteraz bezprecedentne presné a podrobné dáta porovnateľné svojou kvalitou s pozemskými laboratóriami,“ dodáva Martin Ferus.
Fotografia z povrchu asteroidu Ryugu. Zdroj: NASA JAXA / X/@MAstronomers
Medzinárodná spolupráca
Pre štúdium vzorky Radegast bolo zostavené medzinárodné konzorcium vedené výskumníkmi z Ústavu fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV ČR. Okrem tejto inštitúcie zahŕňalo konzorcium aj vedcov zo Stredoeurópskeho technologického inštitútu CEITEC, spoločnosti TESCAN ORSAY HOLDING, a. s., a z Mendelovej univerzity. Zo zahraničia sa na štúdii podieľali vedci z univerzity v Leicestri (UK), Národnej technickej univerzity v Aténach (Grécko) a Národnej univerzity v Jokohame (Japonsko).
Preskúmanie vzoriek asteroidov Ryugu je súčasťou dlhodobého výskumu medziplanetárnej hmoty a evolúcie organických látok, ktoré sa stali základnými ingredienciami vzniku života na ranej Zemi. V súčasnej dobe tím z Ústavu fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV ČR plánuje misiu prístroja pre spektrálny výskum meteorov zo stratosférického balóna a následne z európskeho kozmického robotického laboratória Space Rider.
Zdroj: AV ČR
(JM)
