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- 소행성 류구(Ryugu)의 샘플 동위원소 분석 중
- 일본 우주 탐사선 하야부사 2호가 소행성에서 수집해 2020년 12월 지구로 가져온 샘플 중 하나

빛나는 타임 캡슐
소행성 류구(Ryugu)의 샘플 동위원소 분석 중 

여기 고립된 진공 챔버에서 빛나는 것은 우리 태양계 초기의 유물이다. 작은 암석 조각은 소행성 류구에서 나온 것이고 일본 우주 탐사선 하야부사 2호가 소행성에서 수집해 2020년 12월 지구로 가져온 샘플 중 하나이기 때문이다. 이 샘플 중 하나에서 산소 동위원소의 조성이 여기에서 결정된다. 

▲ 레이저 불소화를 사용해 산소 동위원소를 분석하고 있다. 사진은 소행성 Ryugu의 샘플. © 괴팅겐 대학교

소행성과 혜성은 우리 태양계의 시작부터 중요한 동시대의 목격자다.
그중 많은 것들이 태양 원시 구름의 행성과 함께 형성되었기 때문이다. 이 환경의 구성과 그 안에서 일어나는 과정에 대해 더 많이 알아내기 위해 과학자들은 지금까지 주로 운석에 의존해 왔다. 시카고 대학의 Nicolas Dauphas는 "이전에는 우리가 분석할 암석이 몇 개 밖에 없었다. 모두 지구에 떨어진 운석에서 나왔고 수십 년 동안 박물관에 보관되어 구성이 바뀌었다"라고 설명했다.

소행성 Ryugu의 샘플

이것은 하야부사(Hayabusa) 2호의 샘플 임무로 바뀌었다. 2019년 초 일본의 우주 탐사선은 소행성 Ryugu의 표면에서 여러 샘플을 채취했다. 그런 다음 2020년 12월 우주선은 총 5g의 소행성 물질을 가져왔으며 이 물질은 캡슐에 담겨 지구 표면까지 낙하했다.

"대성공이다. 임무의 최소 목표는 약 0.1g을 모으는 것이었다”라고 괴팅겐 대학의 Andreas Pack이 설명했다. "이 샘플을 수집하기 위해 탐사선은 찾기 힘든 54억 킬로미터를 여행했다." 전 세계적으로 소수의 실험실만이 초기 분석을 위해 샘플의 일부를 받았고 괴팅겐의 행성 연구원은 2.4밀리그램(mg)의 조각을 받았다. 그들의 동위원소 연구실은 산소 동위원소 O16 및 O18 외에도 희귀 O17을 정확하게 분석할 수 있는 세계에서 몇 안 되는 실험실 중 하나다.

산소 동위원소의 흔적

이 이미지에서 이 샘플의 일부는 광물에 포함된 산소 원자의 동위원소 분석 중에 볼 수 있다. 이 레이저 불소화로 샘플은 레이저 빔으로 가열되고 산소는 미네랄에서 방출된다. 그런 다음 생성된 가스를 세척하고 특수 질량 분석기에서 동위원소를 분석한다. "분석은 매우 까다로웠고 이번에는 아무 일도 잘못될 수 없었다"라고 Pack은 말했다.

여러 연구팀이 하야부사 샘플을 분석한 결과, 소행성 류구가 특히 희귀한 종류의 소행성인 이부나형 탄소질 콘드라이트에 속한다는 것이 밝혀졌다. 화학적 구성 면에서 이 덩어리는 여전히 태초의 태양 구름과 매우 유사하며, 말하자면 45억 년 전에 태양이 형성되었던 가스의 유물이다.

▲ 그림 1. Ryugu 표본의 암석학. (A) Ryugu 샘플 A0058-C1001(12)의 후방 산란 전자(BSE) 이미지. 그림의 검은색 공간이 공극이다. (B) 범례에 표시된 대로 RGB 색상 채널에 할당된 Ca Kα, Fe Kα 및 SK Kα 선의 특성 X선이 있는 동일한 샘플의 결합된 요소 지도. 탄산염(백운석), 황화물(자철석) 및 산화철(자철광) 광물은 엽상규산염 매트릭스에 포함되어 있으며 경우에 따라 작은 광맥에서 침전된다. 황화물 조직은 그룹화되지 않은 콘드라이트 Flensburg(52)의 조직과 유사하다. (C) A0058-C1001에서 필로실리케이트의 벌크 화학 조성을 보여주는 Fe, Mg 및 Si+Al 사이의 삼원 다이어그램. 검은 선은 사문석과 사포나이트의 고용체 조성이다. 각 열린 빨간색 원은 패널 A와 B의 다양한 위치에서 측정된 필로실리케이트의 벌크 화학 조성을 나타내며, 각 위치는 5-10μm 정사각형이다. 지역에 있는 phyllosilicate 이외의 광물을 제외하기 위해 각 크기를 선택했다. 벌크 조성은 장소에 따라 다르며, 분포는 phyllosilicates가 다양한 Fe/Mg 비율을 갖는 사문석과 사포나이트로 구성되어 있음을 나타낸다. 각 측정의 불확실성은 기호 크기보다 작다. (D) brecciated 매트릭스를 보여주는 Ryugu 샘플 C0002-C1001의 BSE 이미지. 질감은 CI 콘드라이트(53)와 유사하다. (출처: 관련논문 Samples returned from the asteroid Ryugu are similar to Ivuna-type carbonaceous meteorites / Science 9 June 2022)

우주 머드볼

동시에 조사 결과 소행성 물질은 태양계 형성 후 처음 500만 년 동안은 물에 잠겨 있었음이 밝혀졌다. "당신은 내부의 방사성 원소의 방사성 붕괴의 영향으로 점차적으로 녹아서 일종의 진흙 덩어리가 된 얼음과 먼지의 대기업을 상상해야 한다"라고 Dauphas가 설명했다. 그때에 비로소 물은 태양의 영향으로 다시 증발했다. 이것은 또한 Ryugu가 그렇게 느슨하게 결합되고 각진 이유를 설명할 수 있다.

소행성 Ryugu의 샘플 분석은 아직 완료되지 않았다. 귀중한 샘플 재료 중 일부는 손상되지 않은 상태로 유지되어 미래에 훨씬 더 현대적인 방법을 사용해 조사할 수 있다. NASA가 50년 전에 아폴로 임무에서 달 암석 샘플로 수행한 것과 유사하다. Dauphas의 동료인 Andrew Davis는 "우리의 측정 장비와 기술이 발전했기 때문에 오늘날에도 이 오래된 샘플에서 새로운 것을 배우고 있다"라고 설명한다. "류구 표본의 경우도 마찬가지다."
(Science, 2022; doi:10.1126/science.abn7850)
출처: University of Chicago, Georg-August-Universität Göttingen

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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