Twee kosmochemici van de Arizona State University hebben de allereerste metingen gedaan van water in monsters van het oppervlak van een asteroïde. De monsters kwamen van asteroïde Itokawa en werden verzameld door de Japanse ruimtesonde Hayabusa.

De bevindingen van het team suggereren dat inslagen in het begin van de geschiedenis van de aarde door soortgelijke asteroïden wel de helft van het oceaanwater van onze planeet hadden kunnen opleveren.

"We ontdekten dat de monsters die we onderzochten, waren verrijkt met water in vergelijking met het gemiddelde voor objecten in het binnenste zonnestelsel, ", zegt Ziliang Jin. Een postdoctoraal wetenschapper in ASU's School of Earth and Space Exploration, hij is de hoofdauteur van het artikel dat op 1 mei is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang het rapporteren van de resultaten. Zijn co-auteur is Maitrayee Bose, assistent-professor aan de School.

"Het was een voorrecht dat de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA vijf deeltjes uit Itokawa wilde delen met een Amerikaanse onderzoeker, "Zegt Bose. "Het straalt ook goed af op onze School."

Het idee van het team om water te zoeken in de Itokawa-monsters kwam als een verrassing voor het Hayabusa-project.

"Tot we het voorstelden, niemand dacht eraan om naar water te zoeken, " zegt Bose. "Ik ben blij te kunnen melden dat ons voorgevoel zijn vruchten afwierp."

In twee van de vijf deeltjes, het team identificeerde het mineraal pyroxeen. In terrestrische monsters, pyroxenen hebben water in hun kristalstructuur. Bose en Jin vermoedden dat de Itokawa-deeltjes mogelijk ook sporen van water bevatten, maar ze wilden precies weten hoeveel. Itokawa heeft een ruige geschiedenis met betrekking tot verwarming, meerdere effecten, schokken, en fragmentatie. Deze zouden de temperatuur van de mineralen verhogen en het water verdrijven.

Om de monsters te bestuderen, elk ongeveer de helft van de dikte van een mensenhaar, het team gebruikte ASU's Nanoscale Secondary Ion Mass Spectrometer (NanoSIMS), die zulke kleine mineraalkorrels met grote gevoeligheid kan meten.

Uit de NanoSIMS-metingen bleek dat de monsters onverwacht rijk aan water waren. Ze suggereren ook dat zelfs nominaal droge asteroïden zoals Itokawa in feite meer water kunnen bevatten dan wetenschappers hebben aangenomen.

Gefragmenteerde wereld

Itokawa is een pinda-vormige asteroïde van ongeveer 1, 800 voet lang en 700 tot 1, 000 voet breed. Het cirkelt elke 18 maanden om de zon op een gemiddelde afstand van 1,3 keer de afstand aarde-zon. Een deel van Itokawa's pad brengt het binnen de baan van de aarde en in het verste, het reikt iets verder dan dat van Mars.

Gebaseerd op het spectrum van Itokawa in telescopen op aarde, planetaire wetenschappers plaatsen het in de S-klasse. Dit verbindt het met de steenachtige meteorieten, waarvan wordt gedacht dat het fragmenten zijn van asteroïden van het S-type die bij botsingen zijn afgebroken.

"S-type asteroïden zijn een van de meest voorkomende objecten in de asteroïdengordel, " zegt Bose. "Ze zijn oorspronkelijk gevormd op een afstand van een derde tot drie keer de afstand van de aarde van de zon." Ze voegt eraan toe dat hoewel ze klein zijn, deze asteroïden hebben het water en andere vluchtige materialen waarmee ze zijn gevormd, bewaard.

qua structuur, Itokawa lijkt op een paar puinhopen die tegen elkaar zijn geplet. Het heeft twee hoofdlobben, elk bezaaid met keien maar met verschillende algemene dichtheden, terwijl tussen de lobben een smaller gedeelte is.

Jin en Bose wijzen erop dat de huidige Itokawa het overblijfsel is van een ouderlijk lichaam van minstens 20 kilometer breed dat op een gegeven moment tussen 1 en 000 en 1, 500 graden Fahrenheit. Het moederlichaam kreeg verschillende grote schokken te verduren door schokken, met een laatste verpletterende gebeurtenis die het uit elkaar brak. In de nasleep fuseerden twee van de fragmenten en vormden het huidige Itokawa, die ongeveer 8 miljoen jaar geleden zijn huidige grootte en vorm bereikte.

"De deeltjes die we analyseerden kwamen uit een deel van Itokawa dat de Muzenzee wordt genoemd, " zegt Bose. "Het is een gebied op de asteroïde dat glad en met stof bedekt is."

Jin voegt toe, "Hoewel de monsters aan de oppervlakte werden verzameld, we weten niet waar deze granen zich in het oorspronkelijke moederlichaam bevonden. Maar onze beste gok is dat ze er meer dan 100 meter diep in zijn begraven."

Hij voegt eraan toe dat ondanks het catastrofale uiteenvallen van het ouderlijk lichaam, en de monsterkorrels worden blootgesteld aan straling en inslagen door micrometeorieten aan het oppervlak, de mineralen vertonen nog steeds sporen van water dat niet verloren is gegaan in de ruimte.

In aanvulling, zegt Jin, "De mineralen hebben waterstofisotopensamenstellingen die niet te onderscheiden zijn van de aarde."

Bos legt uit, "Dit betekent dat asteroïden van het S-type en de ouderlichamen van gewone chondrieten waarschijnlijk een kritieke bron van water en verschillende andere elementen zijn voor de terrestrische planeten."

Zij voegt toe, "En we kunnen dit alleen zeggen vanwege in-situ isotopische metingen op geretourneerde monsters van asteroïde regoliet - hun oppervlaktestof en rotsen.

"Dat maakt deze asteroïden hoge prioriteitsdoelen voor verkenning."

Op zoek naar monsters

Bose merkt op dat ze een clean-lab-faciliteit aan het bouwen is bij ASU, die samen met de NanoSIMS (gedeeltelijk gefinancierd door de National Science Foundation) de eerste dergelijke faciliteit zou zijn op een openbare universiteit die in staat is om stofkorrels van andere zonnestelsellichamen te analyseren.

Een andere Japanse missie, Hayabusa 2, bevindt zich momenteel op een asteroïde genaamd Ryugu, waar het monsters zal verzamelen, ze in december 2020 terug naar de aarde brengen. De directeur van ASU's Center for Meteorite Studies, professor Meenakshi Wadhwa, is lid van het initiële analyseteam voor chemie voor de Hayabusa 2-missie.

ASU is ook aan boord van NASA's OSIRIS-REx sample-return missie, die in een baan om een ​​nabije aardse asteroïde genaamd Bennu draait. Onder andere instrumenten, het ruimtevaartuig draagt ​​de OSIRIS-REx Thermal Emission Spectrometer (OTES), ontworpen door ASU Regents' Professor Philip Christensen en gebouwd op de school. OSIRIS-REx is gepland om in de zomer van 2020 monsters van Bennu te verzamelen en in september 2023 terug naar de aarde te brengen.

Voor planetaire wetenschappers en kosmochemici die een beeld schetsen van hoe het zonnestelsel is ontstaan, asteroïden zijn een geweldige hulpbron. Als overgebleven bouwstenen voor het planetenstelsel, ze verschillen onderling enorm, terwijl ze materialen uit de vroege geschiedenis van het zonnestelsel behouden.

zegt Bos, "Sample-return missies zijn verplicht als we echt een diepgaande studie van planetaire objecten willen doen."

En ze voegt eraan toe, "De Hayabusa-missie naar Itokawa heeft onze kennis uitgebreid van de vluchtige inhoud van de lichamen die hebben bijgedragen aan de vorming van de aarde. Het zou niet verwonderlijk zijn als een soortgelijk mechanisme van waterproductie gebruikelijk is voor rotsachtige exoplaneten rond andere sterren."