Čeští vědci jako první viděli 3D strukturu organického materiálu staršího než Země. Vzorek pochází z asteroidu Ryugu

Čeští vědci drží významné prvenství. Jako první pozorovali 3D strukturu zakonzervované organické hmoty z blízkozemní planetky Ryugu. Vzácné vzorky tam odebrala v roce 2019 japonská sonda Hayabusa 2. Česká republika je jednou z mála zemí, kam je japonská agentura JAXA v roce 2022 zaslala. Díky tomu mohli čeští vědci z pražského Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR na pracovištích brněnského CEITECu a společnosti TESCAN podrobně tyto vzorky prozkoumat a získat důležité poznatky o vývoji 4,5 miliardy let zakonzervované organické hmoty. První výsledky zkoumání shrnuje článek, který nyní vyšel v prestižním časopise Nature Communications.

Vzorky z asteroidu Ryugu jsou podobné typům meteoritů zvaným CI chondrity, které vznikly nahromaděním prachu mateřské mlhoviny pouhých několik miliónů let po zrodu sluneční soustavy, ke kterému došlo před více než 4,5 miliardami let. CI chondrity představují nejprimitivnější materiál, který byl ve Sluneční soustavě doposud nalezen. Výzkum těchto mimozemských těles proto slouží k pochopení chemického složení rané sluneční soustavy.

Organický materiál z doby vzniku Sluneční soustavy

Japonská agentura JAXA poskytla českým vědcům pod vedením Hiteshe Changely pro výzkumné účely zrno asteroidu Ryugu o velikosti přibližně 1,5 mm. 

"Na výzkumu vzorků asteroidu Ryugu v naší laboratoři je patrný velký rozdíl mezi daty, která mohou vědci získat. Sonda Hayabusa 2 při obrovských nákladech dovezla 5 g vzorku jednoho z asteroidů. Vzorky jsou tak vzácné, že byly odeslány jen několika laboratořím, včetně té naší, a mohly být prozkoumány výhradně pomocí mikroskopických technik,“ říká Martin Ferus, vedoucí Oddělení spektroskopie v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského.

Radegast jen o málo větší než zrno písku

Zrno pod označením A0083 bylo nedlouho po svém příletu pojmenováno Radegast a je jen o něco málo větší než zrno hrubého písku.

Vědci podrobili vzorek zkoumání pomocí řady pokročilých mikroskopických technik. Pomocí techniky FIB-SEM (Focused Ion Beam – Scanning Electron Microscopy) byla v části vzorku o rozměrech 60 x 65 x 20 μm, což je méně než tloušťka lidského vlasu, provedena tomografie. 

Při tomto procesu svazek iontů Xe+ postupně „odřezával“ vrstvy materiálu tenké pouze 25 nm. Ze série tisíců snímků těchto „řezů“ pořízených skenovacím elektronovým mikroskopem (SEM) byl následně sestaven tomogram, který poskytl informace o 3D rozložení hmoty ve studovaném vzorku. Českým vědcům se tak jako prvním na světě povedla zobrazit 3D struktura organických části starších než Země. 

Pro identifikaci přítomných minerálů byla využita spektrální analýza rentgenového záření (EDS), které vznikalo interakcí vzorku s vysokoenergetickými elektrony v SEM. Detailnější snímky pak poskytla transmisní elektronová mikroskopie (TEM). Detailní snímky ukazují všudypřítomný jílový minerál (především serpentin a saponit), ve kterém jsou zanořena zrna magnetitu (Fe3O4), sulfidů železa, fosforečnanů a přítomné uhlíkaté hmoty. Takováto mineralogie je důkazem procesů zvětrávání primárních minerálů (olivín, pyroxeny) vodou, jež protékala tělesem v počátcích Sluneční soustavy. 

Povaha samotné organické hmoty byla zjištěna pomocí analýzy využívající synchrotronové záření (STXM-XANES), která byla provedena kolegy z Japonska. Kombinací těchto výsledků s vysoce rozlišených TEM snímkováním prokázala přítomnost organických částic a difúzní organické hmoty rozptýlené ve všudypřítomných jílových minerálech. Zatímco povaha organických částic je bohatá na hydrofobní aromatické sloučeniny, rozptýlená difúzní organická hmota zase na výskyt polárních karboxylových skupin.
Získané výsledky přinášejí cenné informace k objasnění povahy organické hmoty, která mohla být v raných fázích Sluneční soustavy dopravena  na povrch Země a mohla být i důležitou surovinou pro vznik života na naší planetě.

„Oproti tomu námi vedený spektrální průzkum meteorů ze Země, ze stratosférického balonu nebo družice v kosmu přináší jen zlomek informací, zejména o jejich prvkovém složení. Nicméně, toto pozorování je možné učinit pro obrovské množství úlomků asteroidů a komet, které kříží dráhu Země, vstoupí do atmosféry, způsobí meteor a zaniknou. Spektrální a obrazový záznam je tak jediný zdroj informací o jejich složení a původu. Naším cílem je ale využít znalosti z výzkumu Ryugu a vzorků meteoritů v naší laboratoři, naše vlastní pozorování meteorů ze stratosférických balonů a vesmírných družic pro vývoj přístrojů, které bude možné vyslat na palubě levných CubeSatů přímo k asteroidům a kometám a které přinesou díky pokročilým technologiím dosud bezprecedentně přesná a podrobná data srovnatelná svou kvalitou s pozemskými laboratořemi," dodává Martin Ferus. 

Mezinárodní spolupráce 

Pro studium vzorku Radegast bylo sestaveno mezinárodní konsorcium vedené výzkumníky z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Mimo tuto instituci zahrnovalo konsorcium rovněž výzkumníky ze Středoevropského technologického institutu CEITEC, společnosti TESCAN ORSAY HOLDING a.s. a Mendelovy Univerzity. Ze zahraničí se na studii podíleli vědci z Univerzity v Leicestru (UK), Národní technické univerzity v Athénách (Řecko) a Národní univerzity v Yokohamě (Japonsko). 

Prozkoumání vzorků asteroidů Ryugu je součástí dlouhodobého výzkumu meziplanetární hmoty a evoluce organických látek, které se staly základními ingrediencemi pro vznik života na rané Zemi. V současné době tým z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR plánuje misi přístroje pro spektrální výzkum meteorů ze stratosférického balonu a následně evropské kosmické robotické laboratoře Space Rider.