Zamislite da otvorite vremensku kapsulu, u nadi da ćete naučiti o drevnoj prošlosti. Osim što je umesto kutije ili sanduka to asteroid koji bi mogao da pruži uvid u samu zoru života na Zemlji.
To je bila situacija sa kojom su se suočili istraživači koji koriste napredni izvor svetlosti (ALS). Pošto je ALS korisnički objekat Kancelarije za nauku Ministarstva energetike (DOE), tim koji tamo radi vidi mnogo neobičnih predmeta, od materijala za solarne ćelije do čestica na koje utiču šumski požari. Ali čak i za ovu posadu, uzorak sa asteroida bio je neobičan.
Srećom, inovativni alati dostupni u ALS-u omogućili su im da podrže naučnike koji kopaju po istoriji ovih stena isporučenih iz svemira.
Baš kao što nam proučavanje stena na Zemlji može reći o ranoj istoriji Zemlje, proučavanje primitivnih malih tela kao što su asteroidi, meteoriti i komete može nam reći o istoriji našeg Sunčevog sistema.
Hondriti su posebno korisna vrsta meteorita. Oni su nediferencirani i hemijski primitivni. Stene u njima potiču do prašine i malih zrna u ranom Sunčevom sistemu koja su se spojila da bi formirala veliko roditeljsko telo.
Određeni tip hondrita (koji se nazivaju ugljenični hondriti) čuvaju relativno obilne hemikalije koje se lako isparavaju, uključujući ugljenik i vodu. Ovo su gradivni blokovi života na Zemlji. Proučavajući ove sačuvane materijale, naučnici mogu da istraže jedno od fundamentalnih pitanja čovečanstva: „Odakle smo došli?“
Tim koji je koristio ALS ispitao je uzorak sa površine asteroida ugljeničnog tipa, Riugu. Očekivali su da će ovaj asteroid biti sličan ugljenim hondritnim meteoritima. Rjugu je relativno blizu Zemlje, u poređenju sa asteroidima u glavnom pojasu između Marsa i Jupitera.
Naučnici pretpostavljaju da je Rjugu asteroid sa gomilom ruševina. Oni misle da je nastao kada je neki objekat udario u svoje matično telo, a zatim su se stene koje su izbačene ponovo spojile u novi asteroid. Nakon tog procesa, asteroid se preselio iz glavnog pojasa u orbitu blizu Zemlje.
Svemirska letelica Japanske agencije za istraživanje svemira (JAKSA), Haiabusa2, sakupila je uzorke sa dve lokacije na površini Rjugua 2019. godine i vratila ih na Zemlju 2020. Kustoski rad u JAKSA pronašao je ukupno 5,4 g uzorka.
Agencija je dodelila mali deo uzorka timu za početnu analizu Haiabusa2, koji se sastoji od oko 400 naučnika širom sveta. Hikaru Iabuta sa Univerziteta u Hirošimi predvodio je jedan od šest pod-timova tima za početnu analizu.
Ultratanki delovi asteroidnih čestica stigli su u ALS u Nacionalnu laboratoriju Lorensa Berklija DOE. ALS omogućava naučnicima da precizno identifikuju elemente i molekule unutar materijala. Koristi akcelerator čestica za proizvodnju izuzetno svetlih snopova rendgenskih zraka. Kao i rendgenski snimci u ordinaciji, oni otkrivaju informacije o tome šta se nalazi unutar objekta. Ali umesto da samo ističu kosti, ovi rendgenski zraci omogućavaju naučnicima da ispitaju hemijska i strukturna svojstva same materije.
Prvo, tim je pažljivo skenirao uzorak u dugim horizontalnim redovima – poput teksta u knjizi – rendgenskim zracima. Mereći kako se rendgenski zraci menjaju dok se skeniranje dešava, naučnici bi mogli da identifikuju pojedinačna zrna organskog materijala u uzorku asteroida. Ova zrna su bila sićušna — samo 100 puta veća od lanca DNK.
Kada su naučnici identifikovali zrna od interesa, koristili su rendgenske zrake da otkriju vrstu hemijskih veza u zrnima organskog ugljenika. U ovom slučaju, istraživači su koristili proces da mapiraju različite elemente i funkcionalne grupe (specifični rasporedi atoma) u uzorku.
Na osnovu ove analize, naučnici su pronašli četiri različita tipa jedinjenja ugljenika, kao i različite vrste struktura. Nakon što su identifikovali ove materijale, naučnici su ih uporedili sa sličnim meteoritima za koje su već poznavali istoriju.
Spajanje svih ovih podataka omogućilo im je da ocrtaju široku istoriju asteroida tokom ranog Sunčevog sistema, koji se formirao pre oko 4,6 milijardi godina. Hemijski sastav organskog ugljenika u uzorcima pokazao je da je Rjuguova organska materija nastala usled promene prekursora te materije tokom hemijske reakcije sa tečnom vodom na matičnom telu asteroida.
Izotopi ugljenika u uzorcima pokazuju da su organski prekursori došli iz izuzetno hladnog okruženja svemira (oko -200°C). Tim je bio prvi koji je dokazao direktnu vezu između organske materije u ugljeničnom asteroidu i slične organske materije u primitivnim karbonskim hondritima (meteoritima).
Jedna vrsta materijala je posebno nedostajala — grafit. Grafit je poznati oblik ugljenika koji se koristi u olovkama. Kod asteroida, grafit ili materijal sličan grafitu je znak da je ugljenik nastao radiogenim zagrevanjem u matičnim telima nekoliko miliona godina. Nedostatak istog sugeriše da uzorak sakupljen sa asteroida nikada nije bio izložen toploti iznad 390°F (200°C).
Proučavanje materijala iz Riugua nije bilo prvi ili verovatno poslednji put da će naučnici koristiti ALS da izbliza pogledaju stene iz svemira. Istraživači su koristili ALS za analizu čestica prašine sa komete 81P/Vild 2 koje je prikupila NASA-ina svemirska letelica Stardust 2006. godine.
Otkrili su da prah kometa sadrži organsku materiju. Ova materija je bila sastavljena od hemijskih veza koje sadrže azot i kiseonik, kao i vrsta organske materije slične onoj koja je uočena sa asteroida Riugu i drugih hondritskih meteorita.
Ove studije su pokazale alate i tehnike koje su se pokazale korisnim za analizu uzoraka poput onih iz NASA OSIRIS-REk misije. Ova misija je prikupila uzorke sa asteroida Bennu. U jesen 2023. vratila ih je na Zemlju. Agencija je nedavno objavila katalog uzoraka za naučnike za proučavanje.
ALS i drugi izvori svetlosti nam omogućavaju da povučemo linije od najranije istorije našeg Sunčevog sistema do danas. Kroz rasvetljavanje objekata u našem trenutnom solarnom sistemu, naučnici Kancelarije za nauku DOE i korisnički objekti mogu nam jednog dana pomoći da bolje razumemo kako je Zemlja postala pogodna za život.
