原始小行星162173 Ryugu中大量微球粒的发现揭示湍流起源假说

本研究通过分析Hayabusa2任务返回的Ryugu样本A0180，首次发现高达350 ppm的微球粒（microchondrules），其6-8μm的模态尺寸和形态分布与常规球粒相似，表明经历了类似的粒度分选过程。研究人员提出这些微球粒形成于木星压力隆起区（Jovian pressure-bump）的"球粒工厂"，通过湍流扩散和Lindblad扭矩流实现空间分离。该发现挑战了"最原始小行星形成于最大日心距离"的传统认知，为原始碳质物质分选机制提供了新见解。

　　

在太阳系早期演化研究中，碳质小行星的物质组成一直被视为原始星云物质的"时间胶囊"。传统理论认为，越远离太阳的天体保存的物质越原始，这一假说得到CI型球粒陨石（最原始但缺乏毫米级球粒）观测的支持。然而，日本隼鸟2号探测器从C型小行星Ryugu带回的样本却带来了意外发现——这个被认为形成于外太阳系的天体，竟然含有大量经水蚀变改造的微尺度球粒结构。这一矛盾现象引发了关于原始物质分布机制的新思考。

英国伦敦帝国理工学院（Imperial College London）的研究团队联合日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）等国际机构，通过纳米X射线断层扫描（Nano-XCT）和扫描电镜技术，在Ryugu样本A0180中鉴定出61个被硫化物环包围的亚球形结构（SSOs）。这些5.4-30.2μm的微球粒显示出与常规球粒相似的对数正态尺寸分布，但丰度（>350 ppm）远超普通碳质球粒陨石。相关成果以封面文章形式发表于《Nature Communications》。

研究采用多尺度表征技术：通过Nano-XCT（90 kV/89 μA，0.625μm分辨率）三维重建108个SSOs的空间分布；结合场发射扫描电镜（6 kV加速电压，13 nm像素分辨率）进行元素分布图谱分析；利用电子探针微区分析（EPMA，15 kV/20 nA）测定主要元素组成。样本处理在氮气环境中进行，避免地球污染。

【结果部分】

1. 微球粒的形态学证据：SSOs具有典型的亚球形轮廓，88%呈等轴状（Supplementary Fig.4），硫化物环形成完整或近完整的同心壳层（Fig.3b）。内部硅酸盐核显示均匀的Mg/Si分布（Fig.1b-e），与周围基质形成鲜明对比。
2. 水蚀变改造特征：所有微球粒均被层状硅酸盐替代，但保留原始球粒的球形形貌（Fig.1m,s,u）。体积变化导致的裂隙和亚微米铁氧化物脉（Fig.1s）证实了后期水岩反应。
3. 动力学分选证据：尺寸分布直方图（Fig.4a）显示与普通球粒（Fig.4b）相同的对数正态模式，支持湍流分选机制。通过公式d(μm)=560(T/100 K)^0.25(Σ/1000 g cm^-2)^0.5(α/0.0001)^-0.5计算，7μm颗粒的富集需要α≈10^-2的高湍流系数。
4. 形成模型重构：提出木星压力隆起区（3.2 AU处Σ≈8 g cm^-2, T=90 K）作为微球粒形成场所（Fig.5），通过Lindblad扭矩流实现向内输运，突破传统的外太阳系形成假说。

【结论与意义】
该研究颠覆了"原始性随日心距离增加"的经典理论，证明湍流强度而非轨道半径才是决定原始物质保存的关键因素。发现微球粒与常规球粒的尺寸连续性（Fig.4）表明两者具有共同的形成机制，但通过St≈2×10^-4的斯托克斯数差异实现空间分离。这一认识为解释Ryugu与CI球粒陨石的同位素异常（如Δ¹⁷O偏移）提供了新视角——它们可能形成于高湍流区域而非遥远的外太阳系。研究同时为原始碳质天体形成区的化学分馏模型提供了关键约束，暗示太阳系早期存在高效的颗粒分选机制。