中子CT扫描在火星陨石“黑美人”中发现富氢碎屑,或贡献样本水含量一成以上

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丹麦技术大学(DTU)的Estrid Naver及其合著者近日在arXiv预印本平台发布论文称,研究团队将两种计算机断层扫描(CT)技术用于著名火星陨石NWA 7034(又称“黑美人”)的无损检测,并在样本内部识别出一种此前未在该陨石中报告的碎屑类型。

NWA 7034因其火星来源而受到关注。论文介绍,这块陨石被认为来自火星,可能由火星上的一次巨大撞击事件抛射至地球;其组成物质的形成时间约为44.8亿年前,被视为目前已知最古老的火星物质之一。

论文指出,过去对该陨石的部分研究依赖切割样本并进一步粉碎或溶解以分析成分。此次研究采用无损成像方式,对一块此前已抛光的小型样本进行扫描,以观察其内部结构。

研究团队使用了两类CT手段:一类为常见的X射线CT,适于识别铁、钛等高密度材料;另一类为中子CT,以中子替代X射线进行穿透成像。论文称,中子CT在穿透致密材料方面表现不同于X射线CT,并且能够对氢元素产生响应,而氢是水的重要组成部分。

在对样本的成像结果中,研究人员观察到多种“碎屑”。论文解释,碎屑在地质学中指嵌入较大岩石中的小型岩石碎片。研究团队表示,“黑美人”为碎屑集合体这一特征早已为科学界所知,也与其可能源自撞击融合物的形成过程相符;但此次CT扫描识别出的碎屑类型为新的发现。

论文将这类新识别的碎屑描述为“富氢铁氧氢氧化物”(Hydrogen-rich Iron oxyhydroxide,H-Fe-ox)。研究称,在所测试的指甲盖大小样本中,这类碎屑约占样本体积的0.4%;尽管体积分数不高,但根据对陨石内部化学的计算,这些碎屑所含水分可能约占样本总水含量的11%。

论文同时提到,“黑美人”整体含水量估计约为6000 ppm。研究团队认为,这一结果与“毅力号”在杰泽罗陨石坑获得的含水样本研究形成补充;尽管“黑美人”来自火星不同区域,但两者之间的关联被用来指向数十亿年前火星表面可能存在广泛的含水环境。

在方法应用层面,论文称,无损CT技术有望用于未来的火星样本研究,并指出CT扫描可穿透样本所装载的钛合金容器以进行成像。论文同时提及相关样本返回项目的最新进展可能影响该类工具在行星样本上的直接应用节奏。研究团队表示,在此背景下,对现有火星陨石开展类似的无损检测仍具有意义。


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