“龍宮”樣本害怕地球大氣

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主譯：余路漢

校對：酥油餅

審核：牧夫天文校對組

美編：張少巖

后臺(tái)：王啟儒

https://sorae.info/astronomy/20260619-ryugu-sample.html

由日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的小行星探測器“隼鳥2號”帶回地球的小行星“Ryugu（龍宮）”樣本（龍宮顆粒）一旦接觸地球大氣，僅數(shù)周內(nèi)便會(huì)從表面開始發(fā)生變質(zhì)，其影響在數(shù)月內(nèi)擴(kuò)展到周圍。廣島大學(xué)宮原正明準(zhǔn)教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)公布了顯示這一過程的研究成果。

該團(tuán)隊(duì)的研究成果論文，作為正式出版前的早期公開版，于2026年5月29日刊登在學(xué)術(shù)期刊《自然—通訊》上。這項(xiàng)成果也有助于重新審視嚴(yán)格保管從宇宙帶回的珍貴樣本的環(huán)境。

【▲ JAXA的小行星探測器“隼鳥2號”拍攝的小行星“Ryugu（龍宮）”。（Credit: JAXA、東京大學(xué)、高知大學(xué)、立教大學(xué)、名古屋大學(xué)、千葉工業(yè)大學(xué)、明治大學(xué)、會(huì)津大學(xué) & 國立研究開發(fā)法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所）】

·珍貴的“時(shí)間膠囊”弱在地球環(huán)境中十分脆弱

從小行星帶回的樣本，是能夠直接研究太陽系初期物質(zhì)演化以及水和有機(jī)物起源的極其珍貴的樣品，堪稱“時(shí)間膠囊”。尤其是碳質(zhì)小行星龍宮的樣本富含水和有機(jī)物，作為揭示生命起源的關(guān)鍵而受到全球關(guān)注。

另一方面，以龍宮為代表的小行星等樣本，對于富含水和氧氣的地球環(huán)境極為敏感。研究團(tuán)隊(duì)指出，此前他們一直擔(dān)憂樣本在返回地球后的保管、運(yùn)輸和分析過程中可能發(fā)生變質(zhì)，但具體是哪種礦物最先變質(zhì)、其影響如何擴(kuò)散到周圍、以及變質(zhì)速度有多快等具體過程，此前尚未明確。

·變質(zhì)的誘因是“磁硫鐵礦”的快速氧化

宮原準(zhǔn)教授等人的研究小組將承載多顆龍宮顆粒的樣品板有意暴露在溫度20~23℃、相對濕度30~40%的地球大氣條件下，利用電子顯微鏡和同步輻射X射線吸收光譜法（用于分析元素氧化狀態(tài)等方法）等，進(jìn)行了持續(xù)數(shù)周至數(shù)月的詳細(xì)觀察。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，暴露于地球大氣的樣本中，最先發(fā)生反應(yīng)的是被稱為“磁硫鐵礦（pyrrhotite）”的、由鐵和硫磺組成的硫化礦物這種磁硫鐵礦與水反應(yīng)性高，數(shù)周內(nèi)便從表面開始氧化，形成富含鐵和氧的非晶質(zhì)（原子排列無規(guī)則的非晶態(tài)）變質(zhì)層。

【▲ 暴露于地球大氣前（左）和后（右）的磁硫鐵礦電子顯微鏡照片。紅色箭頭指示由磁硫鐵礦氧化形成的富含鐵和氧的變質(zhì)物（Credit: 國立極地研究所）】

【▲ 含磁硫鐵礦的碳質(zhì)球粒隕石表面，因地球風(fēng)化產(chǎn)生白色生成物的狀態(tài)（Credit: 國立極地研究所）】

·連鎖變質(zhì)反應(yīng)與變質(zhì)速度的定量化

變質(zhì)不僅限于磁硫鐵礦本身。根據(jù)本次的研究結(jié)果，已確認(rèn)磁硫鐵礦的氧化會(huì)導(dǎo)致局部形成酸性、氧化環(huán)境，進(jìn)而誘發(fā)周圍物質(zhì)發(fā)生變質(zhì)。

具體而言，數(shù)月內(nèi)周圍的層狀硅酸鹽（具有層狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物）發(fā)生部分非晶質(zhì)化，同時(shí)有機(jī)物中也形成納米尺度的氣泡以及富含碳和氧的沉淀層，連鎖性變質(zhì)不斷推進(jìn)。

此外，本研究還估算出磁硫鐵礦初始階段的變質(zhì)速度約為每天0.1納米。這是一個(gè)定量證據(jù)，表明即使在返回地球后相對較短的時(shí)間尺度內(nèi)，重要的礦物學(xué)和化學(xué)信息也可能丟失。

·對未來樣本返回計(jì)劃的重要啟示

此前，為防止從地外帶回的樣本受到地球環(huán)境的污染和變質(zhì)，通常將其在干燥空氣或充滿氮?dú)獾沫h(huán)境中、保持室溫保管。但本次研究成果表明，即使在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的保管條件（即保存管理?xiàng)l件）下，樣本仍可能發(fā)生變質(zhì)。

因此，研究團(tuán)隊(duì)指出，為保護(hù)從宇宙帶回的珍貴樣本原有的科學(xué)信息，不僅需使用惰性氣體，還需采用結(jié)合“低溫、低氧、低濕度”的更嚴(yán)格環(huán)境進(jìn)行保管和分析。

這一發(fā)現(xiàn)，對于美國國家航空航天局（NASA）探測器帶回并正在分析中的小行星“Bennu（貝努）”樣本的處理，以及今后JAXA計(jì)劃從火星衛(wèi)星“Phobos（福波斯）”采樣返回的火星衛(wèi)星探測計(jì)劃“MMX”，乃至未來從火星本體返回樣本的處理，都將成為構(gòu)建更適當(dāng)保管和運(yùn)輸策略的極其重要的指南。

責(zé)任編輯：甘林

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