Intensiv ny nanoanalys av Winchcombe-meteoriten har avslöjat hur den påverkades av vatten och upprepade gånger krossades och återmonterades på resan den tog genom rymden innan den landade i ett engelskt fårfält 2021.

Forskare från dussintals institutioner i Storbritannien, Europa, Australien och USA samarbetade i forskningen. Tillsammans utsatte de mineralkorn i fragment av Winchcombe-meteoriten för en mångfald av banbrytande analytiska tekniker.

Deras arbete, som utfördes i en skala som mer typiskt är reserverad för att undersöka prover som återförts till jorden genom rymduppdrag på flera miljarder dollar, har gett dem oöverträffad inblick i historien om Winchcombe-meteoriten under processen.

Deras analys har hjälpt dem att rulla tillbaka klockan till meteoritens tidigaste dagar som en isbärande torr sten, och sedan spåra dess förvandling genom issmältningen till en lerklot som bröts isär och återuppbyggdes om och om igen.

Winchcombe-meteoriten är ett ovanligt välbevarat exempel på en grupp rymdstenar som kallas CM kolhaltiga kondriter, som bildades under de tidigaste perioderna av solsystemet. De bär mineraler som förändrats av närvaron av vatten på sin moderasteroid.

Analys av dessa mineraler i Winchcombe-meteoriten kommer att hjälpa forskare att reda ut svaren på frågor kring de processer som bildade vårt solsystem, inklusive jordens vattens möjliga ursprung.

Till skillnad från de flesta meteoriter, som kan ligga oupptäckta i månader eller år efter att ha kommit in i jordens atmosfär, återfanns Winchcombe-meteoriten inom några timmar efter att ha träffat marken. Medlemmar av allmänheten, medborgarforskare och amatörmeteoritentusiaster insåg att stenar hade träffat marken och hjälpte forskare att identifiera platsen för proverna, vilket hjälpte deras återhämtning.

Hastigheten på dess återhämtning hjälpte till att förhindra att den förändrades ytterligare genom exponering för jordens atmosfär, vilket gav forskare en sällsynt möjlighet att lära sig mer om CM-kondriter genom att granska det ner till atomnivå.

I en artikel publicerad i tidskriften Meteoritics and Planetary Science , beskriver forskare hur de utforskade Winchombe-meteoritens komplexa breccia.

En breccia är sten som bildas av bitar av andra stenar som cementerats ihop i en struktur som kallas en kataklastisk matris. Teamets analys utförd med hjälp av sofistikerade tekniker inklusive transmissionselektronmikroskopi, elektron-backscatter-diffraktion, sekundär jonmasspektrometri och atomsondtomografi, visade att Winchcombe breccia innehåller åtta olika typer av CM-kondritbergarter.

Teamet fann att varje typ av sten har förändrats i olika grad av närvaron av vatten, inte bara mellan typerna av stenar utan också, överraskande nog, inom dem. Teamet hittade många exempel på oförändrade mineralkorn bredvid helt förändrade, även ner till nanoskalan. Som jämförelse är ett människohår cirka 75 000 nanometer tjockt.

Teamet antyder att den troliga förklaringen till de olika typerna av bergarter och deras extrema variation i vattenförändringar är att Winchcombe-asteroiden upprepade gånger krossades i bitar av sammanslagningar med andra asteroider innan den drogs samman igen.

Ett annat viktigt fynd av analysen är den oväntat höga andelen karbonatmineraler som aragonit, kalcit och dolomit, tillsammans med mineraler som sedan har ersatt karbonater, i proverna som teamet analyserade.

Detta tyder på att Winchcombe-meteoriten var mer kolrik än man tidigare trott och sannolikt ackumulerat rikligt med frusen CO₂ innan det smälte för att bilda karbonatmineralerna som teamet observerade. Teamets analys kan hjälpa till att förklara de stora karbonatvenerna som har observerats på ytan av asteroiden Bennu av NASA:s OSIRIS-REx-uppdrag.

Studien leddes av Dr. Luke Daly vid University of Glasgow, som också är huvudförfattare till uppsatsen. Dr. Daly ledde också sökgruppen som återfann det största fragmentet av Winchcombe-meteoriten efter att den sågs som en eldklot som strök över himlen över Gloucestershire den 28 februari 2021.

Dr Daly sa, "Vi var fascinerade att avslöja hur fragmenterad breccian var i Winchcombe-provet som vi analyserade. Om du föreställer dig Winchcombe-meteoriten som en sticksåg, var det vi såg i analysen som om var och en av sticksågsbitarna själva hade också skurits i mindre bitar och sedan blandat i en påse fylld med fragment av sju andra sticksågar.

"Men vad vi har avslöjat när vi försökte lossa sticksågarna genom våra analyser är ny insikt i de mycket fina detaljerna i hur berget förändrades av vatten i rymden. Det ger oss också en tydligare uppfattning om hur det måste ha blivit misshandlat. genom nedslag och reformeras om och om igen under loppet av sin livstid sedan den virvlade ihop ut ur solnebulosan för miljarder år sedan."

Dr Leon Hicks från University of Leicester och medförfattare till studien sa:"Denna analysnivå av Winchcombe-meteoriten är praktiskt taget oöverträffad för material som inte direkt återfördes till jorden från rymduppdrag, som månstenar från Apollo program eller prover från Ryugu-asteroiden som samlats in av Hayabusa 2-sonden."

Pappers medförfattare Dr. Martin Suttle från Open University sa:"Hastigheten som fragmenten av Winchcombe återfanns lämnade oss med några orörda prover för analys, från centimeterskalan hela vägen ner till enskilda atomer i stenarna. Varje korn är en liten tidskapsel som tillsammans hjälper oss att bygga en anmärkningsvärt klar bild av bildningen, ombildningen och förändringen som inträffade under loppet av miljontals år."

Dr. Diane Johnson från Cranfield University, en medförfattare till tidningen, tillade:"Forskning som denna hjälper oss att förstå den tidigaste delen av bildandet av vårt solsystem på ett sätt som helt enkelt inte är möjligt utan detaljerad analys av material som var precis där i rymden när det hände Winchcombe-meteoriten är en anmärkningsvärd del av rymdhistorien och jag är glad över att ha varit en del av teamet som har hjälpt till att berätta denna nya historia."

Mer information: Luke Daly et al, Brecciation på kornskalan inom litologierna för den Winchcombe Mighei-liknande kolhaltiga kondriten, Meteoritics &Planetary Science (2024). DOI:10.1111/maps.14164

Journalinformation: Meteoritik och planetvetenskap

Tillhandahålls av University of Glasgow