Những dấu hiệu của nước được tìm thấy trong thiên thể Itokawa

 

Ông Ziliang Jin cũng là tác giả chính của bài báo xuất bản ngày 1 tháng 5 trên tờ Khoa học ứng dụng Advances Science. Đồng tác giả với ông là cô Maitrayee Bose, trợ lý giáo sư trong trường ASU. 

 

Hai nhà vũ trụ học tại Đại học bang Arizona, Mỹ đã thực hiện các phép đo nước đầu tiên có trong các mẫu từ bề mặt của một tiểu hành tinh. Các mẫu được lấy từ tiểu hành tinh Itokawa và được thu thập bởi tàu thăm dò vũ trụ Hayabusa của Nhật Bản.
 

“Phát hiện thấy dấu hiệu của nước trong các mẫu thiên thể Itokawa là một bất ngờ của dự án Hayabusa - một dự án nghiên cứu vũ trụ của Nhật Bản. Cho đến khi chúng tôi phát hiện và công bố, không ai nghĩ sẽ tìm thấy nước trong các thiên thể này. Tôi rất vui khi báo cáo rằng những dự đoán của chúng tôi đã được đền đáp” - Cô Bose nói. 
 

 Thực hiện phép nghiên cứu từ 2 trong tổng số 5 mẫu nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã xác định được hạt pyroxene khoáng sản. Trong các mẫu trên mặt đất, pyroxene có chứa tinh thể nước trong cấu trúc tinh thể của chúng. Bose và Jin nghi ngờ rằng các thiên thể Itokawa cũng có thể có dấu vết của nước, nhưng họ muốn biết chính xác bao nhiêu. Thiên thể Itokawa đã có một lịch sử phức tạp với nhiều tác động của nước, của các chấn động và phân mảnh trong vũ trụ.  Những tác động này sẽ làm tăng nhiệt độ của khoáng chất và làm mất nước.  


 

Để nghiên cứu các mẫu, các nhà nghiên cứu phải mài mẫu với độ dày khoảng một nửa sợi tóc của con người, và sử dụng máy quang phổ khối ion thứ cấp Nanoscale (NanoSIMS) của ASU,  loại máy này có thể đo các hạt khoáng nhỏ với độ nhạy cao.
 

Các phép đo NanoSIMS cho thấy các mẫu rất giàu nước. Nhóm nghiên cứu cũng đề xuất rằng, ngay cả các tiểu hành tinh khô như Itokawa trên thực tế có thể chứa nhiều nước hơn các nhà khoa học đã giả định trước đây. 
 

Thế giới của các mảnh vụn thiên thạch
 

Itokawa là một tiểu hành tinh hình hạt đậu dài khoảng 1.800 feet (tương đương 548,64 m) và rộng từ 700 đến 1.000 feet. Nó quay vòng quanh Mặt trời sau 18 tháng với khoảng cách trung bình 1,3 lần khoảng cách Trái đất-Mặt trời. Đường di chuyển của Itokawa  đưa nó vào quỹ đạo Trái đất và xa nhất ở vị trí xa hơn một chút so với Sao Hỏa.
 

Dựa trên phổ của Itokawa trong kính viễn vọng trên Trái đất, các nhà khoa học đặt nó trong lớp S. Điều này liên kết nó với các thiên thạch đá, được cho là những mảnh vỡ từ các tiểu hành tinh loại S bị vỡ ra trong các vụ va chạm.
 

"Các tiểu hành tinh loại S là một trong những vật thể phổ biến nhất trong vành đai tiểu hành tinh" - Cô Bose nói. 
 

"Ban đầu, chúng hình thành ở khoảng cách từ Mặt trời từ một phần ba đến ba lần khoảng cách Trái đất." Bà cho biết thêm rằng, mặc dù chúng nhỏ, nhưng  những tiểu hành tinh này đã giữ nước và các dạng vật liệu dễ bay hơi nào khác mà chúng hình thành.
 

Về cấu trúc, thiên thể Itokawa giống như một đống gạch vụn tụ lại một chỗ với nhau. Nó có hai phần chính, mỗi phần được đính những tảng đá nhưng có mật độ tổng thể khác nhau, trong khi phần giữ hẹp hơn.
 

Jin và Bose chỉ ra rằng hiện nay Itokawa là tàn dư của một thiên thể mẹ có ít nhất 12 dặm chiều rộng tại một thời điểm nào đó đã được làm nóng từ 1.000 đến 1.500 độ Fahrenheit. Thiên thể mẹ phải chịu một số lực tác động lớn nào đó tạo nên một hiện tượng tan vỡ và cuối cùng đã tách vỡ thành nhiều thiên thể khác. Sau đó, hai trong số các mảnh vỡ đã hợp nhất và hình thành nên Itokawa ngày nay, đã đạt đến kích thước và hình dạng hiện tại khoảng 8 triệu năm trước.
 

"Các hạt mà chúng tôi phân tích đến từ một phần của thiên thể Itokawa được gọi là Biển Muses. Đó là một khu vực trên tiểu hành tinh mịn và phủ đầy bụi" - Bose nói.
 

Jin cho biết thêm, mặc dù các mẫu được thu thập ở bề mặt, chúng tôi không biết những hạt này ở đâu trong thiên thể ban đầu hay không, nhưng phỏng đoán tốt nhất của chúng tôi là chúng được chôn sâu hơn 100 mét trong đó.
 

Ông nói thêm rằng mặc dù thiên thể mẹ bị phá vỡ thảm khốc và các hạt mẫu bị phơi nhiễm phóng xạ và tác động của thiên thạch trên từng micromet của bề mặt, các khoáng chất vẫn cho thấy bằng chứng của nước không bị mất vào không gian. Các khoáng chất có thành phần đồng vị hydro không thể phân biệt với đồng vị hydro của Trái đất.
 

Bose giải thích: "Điều này có nghĩa là các tiểu hành tinh loại S và thiên thể mẹ thông thường có khả năng là một nguồn nước quan trọng và một số yếu tố khác có dấu hiệu giống với trái đất”.
 

Cách lấy và phân tích mẫu
 

Bose cho biết rằng cô đang xây dựng một cơ sở phòng thí nghiệm sạch tại ASU, cùng với NanoSIMS (được tài trợ một phần bởi Quỹ Khoa học Quốc gia) đây sẽ là cơ sở đầu tiên như vậy tại một trường đại học công có khả năng phân tích hạt bụi từ các cơ quan hệ mặt trời khác.
 

Một nhiệm vụ khác của dự án Hayabusa 2 Nhật Bản, hiện đang nghiên cứu một tiểu hành tinh tên Ryugu, nơi nó sẽ thu thập các mẫu, đưa chúng trở lại Trái đất vào tháng 12 năm 2020. Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu Khí tượng của ASU, giáo sư Meenakshi Wadhwa, là thành viên của Phân tích ban đầu nhóm Hóa học cho nhiệm vụ dự án Hayabusa 2.
 

ASU cũng có mặt trong nhiệm vụ lấy mẫu từ các vệ tinh OSIRIS-REx của NASA, đang quay quanh một tiểu hành tinh gần Trái đất có tên Bennu. Trong số các thiết bị khác, tàu vũ trụ mang theo Máy quang phổ phát xạ nhiệt OSIRIS-REx (OTES), được thiết kế bởi Giáo sư Philip Christensen của ASU Regents và chế tạo tại Trường. OSIRIS-REx dự kiến sẽ thu thập các mẫu từ Bennu vào mùa hè năm 2020 và đưa chúng trở lại Trái đất vào tháng 9 năm 2023.
 

Các nhà khoa học hành tinh và các nhà khoa học vũ trụ học đang nghiên cứu, vẽ lên một bức tranh về cách hệ mặt trời hình thành, các tiểu hành tinh là một nguồn tài nguyên tuyệt vời. Là các khối xây dựng còn sót lại cho hệ thống hành tinh, chúng khác nhau rất nhiều trong khi vẫn bảo tồn các vật liệu trong lịch sử hệ mặt trời.
 

Bose cho biết, nhiệm vụ của dự án Hayabusa đối với Itokawa đã mở rộng kiến thức của chúng ta về sự dễ bay hơi của các thành phần giúp hình thành nên Trái đất. Sẽ không ngạc nhiên nếu một cơ chế thành tạo nước tương tự phổ biến đối với các hành tinh đá xung quanh các ngôi sao khác.