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L’ancien astéroïde donne un aperçu de l’évolution de notre système solaire

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L’ancien astéroïde donne un aperçu de l’évolution de notre système solaire

Astéroïde Ryugu – L’image a été prise à 20 kilomètres de diamètre le 26 juin 2018 et a un diamètre de 870 mètres. Crédit : Hayabusa2/JAXA

Utiliser une grande collaboration internationale[{ » attribute= » »>Diamond Light Source, the UK’s national synchrotron facility, to examine grains collected from a near-Earth asteroid in order to improve our understanding of the evolution of our solar system.

A team of researchers from the University of Leicester utilized Diamond Light Source’s Nanoprobe beamline I14, to perform a chemical analysis of a fragment of the Ryugu asteroid using X-ray Absorption Near Edge Spectroscopy (XANES). The detailed composition of the asteroid was studied by mapping out the chemical states of the elements within the asteroid material. Additionally, an electron microscope at Diamond’s electron Physical Science Imaging Centre (ePSIC) was used to examine the asteroid grains.

Julia Parker is the Principal Beamline Scientist for I14 at Diamond. She said: “The X-ray Nanoprobe allows scientists to examine the chemical structure of their samples at micron to nano lengthscales, which is complemented by the nano to atomic resolution of the imaging at ePSIC. It’s very exciting to be able to contribute to the understanding of these unique samples, and to work with the team at Leicester to demonstrate how the techniques at the beamline, and correlatively at ePSIC, can benefit future sample return missions.”

Ryugu Serpentine and Fe Oxide Minerals

Image taken at E01 ePSIC of Ryugu serpentine and Fe oxide minerals. Credit: ePSIC/University of Leicester

The data collected at Diamond contributed to a wider study of the space weathering signatures on the asteroid. The pristine asteroid samples enabled the collaborators to explore how space weathering can alter the physical and chemical composition of the surface of carbonaceous asteroids like Ryugu.

The researchers discovered that the surface of Ryugu is dehydrated and that it is likely that space weathering is responsible. The findings of the study, recently published in Nature Astronomy, have led the authors to conclude that asteroids that appear dry on the surface may be water-rich, potentially requiring revision of our understanding of the abundances of asteroid types and the formation history of the asteroid belt.

Ryugu is a near-Earth asteroid, around 900 meters in diameter, first discovered in 1999 within the asteroid belt between Mars and Jupiter. It is named after the undersea palace of the Dragon God in Japanese mythology. In 2014, the Japanese state space agency JAXA launched Hayabusa2, an asteroid sample-return mission, to rendezvous with the Ryugu asteroid and collect material samples from its surface and sub-surface. The spacecraft returned to Earth in 2020, releasing a capsule containing precious fragments of the asteroid. These small samples were distributed to labs around the world for scientific study, including the University of Leicester’s School of Physics & Astronomy and Space Park where John Bridges, one of the authors on the paper, is a Professor of Planetary Science.

John said: “This unique mission to gather samples from the most primitive, carbonaceous, building blocks of the Solar System needs the world’s most detailed microscopy and that’s why JAXA and the Fine Grained Mineralogy team wanted us to analyze samples at Diamond’s X-ray nanoprobe beamline. We helped reveal the nature of space weathering on this asteroid with micrometeorite impacts and the solar wind creating dehydrated serpentine minerals, and an associated reduction from oxidized Fe3+ to more reduced Fe2+.

It’s important to build up experience in studying samples returned from asteroids, as in the Hayabusa2 mission, because soon there will be new samples from other asteroid types, the Moon and within the next 10 years Mars, returned to Earth. The UK community will be able to perform some of the critical analyses due to our facilities at Diamond and the electron microscopes at ePSIC.”

The building blocks of Ryugu are remnants of interactions between water, minerals, and organics in the early Solar System prior to the formation of Earth. Understanding the composition of asteroids can help explain how the early solar system developed, and subsequently how the Earth formed. They may even help explain how life on Earth came about, with asteroids believed to have delivered much of the planet’s water as well as organic compounds such as amino acids, which provide the fundamental building blocks from which all human life is constructed.

The information that is being gleaned from these tiny asteroid samples will help us to better understand the origin not only of the planets and stars but also of life itself. Whether it’s fragments of asteroids, ancient paintings, or unknown virus structures, at the synchrotron, scientists can study their samples using a machine that is 10,000 times more powerful than a traditional microscope.

Reference: “A dehydrated space-weathered skin cloaking the hydrated interior of Ryugu” by Takaaki Noguchi, Toru Matsumoto, Akira Miyake, Yohei Igami, Mitsutaka Haruta, Hikaru Saito, Satoshi Hata, Yusuke Seto, Masaaki Miyahara, Naotaka Tomioka, Hope A. Ishii, John P. Bradley, Kenta K. Ohtaki, Elena Dobrică, Hugues Leroux, Corentin Le Guillou, Damien Jacob, Francisco de la Peña, Sylvain Laforet, Maya Marinova, Falko Langenhorst, Dennis Harries, Pierre Beck, Thi H. V. Phan, Rolando Rebois, Neyda M. Abreu, Jennifer Gray, Thomas Zega, Pierre-M. Zanetta, Michelle S. Thompson, Rhonda Stroud, Kate Burgess, Brittany A. Cymes, John C. Bridges, Leon Hicks, Martin R. Lee, Luke Daly, Phil A. Bland, Michael E. Zolensky, David R. Frank, James Martinez, Akira Tsuchiyama, Masahiro Yasutake, Junya Matsuno, Shota Okumura, Itaru Mitsukawa, Kentaro Uesugi, Masayuki Uesugi, Akihisa Takeuchi, Mingqi Sun, Satomi Enju, Aki Takigawa, Tatsuhiro Michikami, Tomoki Nakamura, Megumi Matsumoto, Yusuke Nakauchi, Masanao Abe, Masahiko Arakawa, Atsushi Fujii, Masahiko Hayakawa, Naru Hirata, Naoyuki Hirata, Rie Honda, Chikatoshi Honda, Satoshi Hosoda, Yu-ichi Iijima, Hitoshi Ikeda, Masateru Ishiguro, Yoshiaki Ishihara, Takahiro Iwata, Kousuke Kawahara, Shota Kikuchi, Kohei Kitazato, Koji Matsumoto, Moe Matsuoka, Yuya Mimasu, Akira Miura, Tomokatsu Morota, Satoru Nakazawa, Noriyuki Namiki, Hirotomo Noda, Rina Noguchi, Naoko Ogawa, Kazunori Ogawa, Tatsuaki Okada, Chisato Okamoto, Go Ono, Masanobu Ozaki, Takanao Saiki, Naoya Sakatani, Hirotaka Sawada, Hiroki Senshu, Yuri Shimaki, Kei Shirai, Seiji Sugita, Yuto Takei, Hiroshi Takeuchi, Satoshi Tanaka, Eri Tatsumi, Fuyuto Terui, Ryudo Tsukizaki, Koji Wada, Manabu Yamada, Tetsuya Yamada, Yukio Yamamoto, Hajime Yano, Yasuhiro Yokota, Keisuke Yoshihara, Makoto Yoshikawa, Kent Yoshikawa, Ryohta Fukai, Shizuho Furuya, Kentaro Hatakeda, Tasuku Hayashi, Yuya Hitomi, Kazuya Kumagai, Akiko Miyazaki, Aiko Nakato, Masahiro Nishimura, Hiromichi Soejima, Ayako I. Suzuki, Tomohiro Usui, Toru Yada, Daiki Yamamoto, Kasumi Yogata, Miwa Yoshitake, Harold C. Connolly Jr, Dante S. Lauretta, Hisayoshi Yurimoto, Kazuhide Nagashima, Noriyuki Kawasaki, Naoya Sakamoto, Ryuji Okazaki, Hikaru Yabuta, Hiroshi Naraoka, Kanako Sakamoto, Shogo Tachibana, Sei-ichiro Watanabe and Yuichi Tsuda, 19 December 2022, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-022-01841-6

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Des chercheurs observent pour la première fois un catalyseur lors d’une réaction électrochimique

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Des chercheurs observent pour la première fois un catalyseur lors d’une réaction électrochimique

Les réactions électrochimiques sont essentielles à la fabrication de divers produits dans les industries.

La fabrication de l’aluminium, des tuyaux en PVC, du savon et du papier dépend de ces réactions électrochimiques, qui font également partie intégrante du fonctionnement des batteries des appareils électroniques, des voitures, des stimulateurs cardiaques et bien plus encore. De plus, elle a le potentiel de révolutionner la production d’énergie durable et l’utilisation des ressources.

Le cuivre et les catalyseurs similaires jouent un rôle crucial dans la catalyse de ces réactions et sont largement utilisés dans les applications électrochimiques industrielles. Cependant, le manque de compréhension du comportement des catalyseurs au cours des réactions a entravé le développement de catalyseurs améliorés. Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient capables d’imager les stimuli qu’avant et après les réactions, ce qui laisse un vide dans la compréhension des processus qui se produisent entre les deux.

Une collaboration entre le California Institute for Nanosystems de l’Université de Californie et le Lawrence Berkeley National Laboratory a supprimé cette limitation. L’équipe a utilisé une cellule électrochimique spécialement conçue pour surveiller la structure atomique du catalyseur en cuivre pendant la réaction conduisant à la décomposition du dioxyde de carbone.

Cette méthode offre un moyen potentiel de convertir les gaz à effet de serre en carburant ou en d’autres matériaux précieux. Les chercheurs ont enregistré des cas dans lesquels le cuivre formait des amas liquides puis disparaissait à la surface du catalyseur, entraînant des piqûres visibles.

« Pour quelque chose qui est si omniprésent dans nos vies, nous comprenons très peu de choses sur le fonctionnement des stimuli en temps réel. » a déclaré le co-auteur Bri Narang, professeur de sciences physiques à l’UCLA et membre du CNSI. « Nous avons désormais la capacité d’observer ce qui se passe au niveau atomique et de le comprendre d’un point de vue théorique.

« Tout le monde bénéficierait de la conversion directe du dioxyde de carbone en carburant, mais comment pouvons-nous le faire à moindre coût, de manière fiable et à grande échelle ? » a ajouté Narang, qui occupe également un poste en génie électrique et informatique à la School of Engineering de l’UCLA. « C’est le genre de science fondamentale qui devrait faire avancer ces défis. »

Sur la gauche, une flèche rouge suit le mouvement d’un atome de cuivre individuel pendant la réaction électrochimique. À droite, les flèches jaunes indiquent les piqûres restant dans la surface du catalyseur. Source de l’image : Qiubo Zhang/Laboratoire national Lawrence Berkeley

Les découvertes dans le domaine de la recherche sur le développement durable ont des implications significatives, et la technologie qui permet ces découvertes a le potentiel d’améliorer l’efficacité des processus électrochimiques dans diverses applications qui ont un impact sur la vie quotidienne.

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Selon Yu Huang, co-auteur de l’étude et professeur Traugott et Dorothea Frederking et directeur du Département de science et d’ingénierie des matériaux à l’UC Samueli, l’étude pourrait aider les scientifiques et les ingénieurs à passer d’essais et d’erreurs à une approche de conception plus systématique. .

« Toute information que nous pouvons obtenir sur ce qui se passe réellement lors de la stimulation électrique est d’une aide précieuse pour notre compréhension de base et notre recherche de conceptions pratiques. » a déclaré Huang, membre du CNSI. « Sans cette information, c’est comme si nous lancions des fléchettes les yeux bandés et espérions atteindre quelque part près de la cible. »

Un microscope électronique de haute puissance de la fonderie moléculaire du Berkeley Lab a été utilisé pour capturer les images. Ce microscope utilise un faisceau d’électrons pour examiner des spécimens avec un niveau de détail inférieur à la longueur d’onde de la lumière.

Des défis sont rencontrés en microscopie électronique lorsqu’on tente de révéler la structure atomique des matériaux dans des environnements liquides, comme le bain d’électrolyte salin nécessaire à une réaction électrochimique.

L’ajout d’électricité à l’échantillon augmente la complexité du processus. L’auteur correspondant Haiime Cheng, scientifique principal au Berkeley Lab et professeur adjoint à l’UC Berkeley, et ses collègues ont développé un dispositif hermétiquement fermé pour surmonter ces obstacles.

Les scientifiques ont effectué des tests pour s’assurer que le flux d’électricité dans le système n’affectait pas l’image résultante. En se concentrant sur l’endroit exact où le catalyseur en cuivre rencontre l’électrolyte liquide, l’équipe a enregistré les changements qui se sont produits sur une période d’environ quatre secondes.

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Au cours de la réaction, la structure du cuivre s’est transformée d’un réseau cristallin régulier, généralement présent dans les métaux, en une masse irrégulière. Ce faisceau désordonné, composé d’atomes de cuivre et d’ions chargés positivement ainsi que de quelques molécules d’eau, s’est ensuite déplacé à la surface du catalyseur. Ce faisant, les atomes ont été échangés entre du cuivre régulier et irrégulier, piquant la surface du catalyseur. Finalement, la masse irrégulière a disparu.

« Nous ne nous attendions pas à ce que la surface se transforme en une forme amorphe puis revienne à une structure cristalline. » a déclaré le co-auteur Yang Liu, étudiant diplômé de l’UCLA dans le groupe de recherche de Huang. « Sans cet outil spécial pour observer le système en action, nous ne serions jamais en mesure de capturer ce moment. Les progrès des outils de caractérisation comme ceux-ci permettent de nouvelles découvertes fondamentales, nous aidant à comprendre le fonctionnement des matériaux dans des conditions réelles. »

Référence du magazine :

  1. Qiubo Zhang, Zhigang Song, Qianhu Sun, Yang Liu, Jiawei Wan, Sophia B. Betzler, Qi Cheng, Junyi Shangguan, Karen C. Bustillo, Peter Ercius, Bryneha Narang, Yue Huang et Haimei Cheng. Dynamique atomique des interfaces solide-liquide électrifiées dans les cellules liquides TEM. Nature, 2024 ; Identification numérique : 10.1038/s41586-024-07479-s

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil
Brasilia :

Un scientifique brésilien a découvert des fossiles de petits reptiles ressemblant à des crocodiles qui vivaient pendant la période du Trias, des millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

Les fossiles du prédateur, appelé Parvosuchus aureloi, comprennent un crâne complet, 11 vertèbres, un bassin et quelques os de membres, selon le paléontologue Rodrigo Muller de l’Université fédérale de Santa Maria dans l’État de Rio Grande, auteur de la recherche publiée jeudi. Journal des rapports scientifiques.

Parvosuchus, qui vivait il y a environ 237 millions d’années, marchait sur quatre pattes et mesurait environ un mètre de long et se nourrissait de reptiles plus petits. Les fossiles ont été découverts dans le sud du Brésil. Parvosuchus, qui signifie « petit crocodile », appartient à une famille éteinte de reptiles appelée Gracilissuchidae, qui jusqu’à présent n’était connue qu’en Argentine et en Chine.

« Les Gracilisuchidae sont des organismes extrêmement rares dans le monde paléontologique », a déclaré Mueller à Reuters. « Ce groupe est particulièrement intéressant car ils vivaient juste avant l’aube des dinosaures. Les premiers dinosaures vivaient il y a 230 millions d’années. »

Parvosuchus était un prédateur terrestre. Gracili suchidae représente l’une des branches les plus anciennes de la lignée connue sous le nom de Pseudosuchia qui comprenait plus tard la branche alligator.

Parvosuchus a vécu à une époque d’innovation évolutive à la suite de la pire extinction massive sur Terre il y a 252 millions d’années, avec plusieurs groupes de reptiles en compétition avant que les dinosaures ne deviennent finalement dominants. Les derniers membres des Gracilisuchidae ont incontestablement disparu environ sept millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

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(Cette histoire n’a pas été éditée par le personnel de NDTV et est générée automatiquement à partir d’un flux syndiqué.)

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Les chemins de fer indiens effectuent un essai du plus haut pont ferroviaire du monde, « Chenab », à Reasi

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Une image plus complète de la façon dont les molécules d’eau excitées lorsqu’elles interagissent avec l’air perdent leur énergie a été révélée par les scientifiques de RIKEN dans une étude. publié Dans le magazine Communications naturelles. Ce résultat sera précieux pour mieux comprendre les processus se produisant à la surface de l’eau.

L’eau est une anomalie à bien des égards. Par exemple, ses points de congélation et d’ébullition sont beaucoup plus élevés que prévu, et il est moins dense sous forme solide (glace) que sous forme liquide.

Presque toutes les propriétés inhabituelles de l’eau proviennent des liaisons faibles qui se forment et se brisent constamment entre les molécules d’eau voisines. Ces liaisons, appelées liaisons hydrogène, surviennent parce que l’oxygène attire davantage les électrons que l’hydrogène. Ainsi, l’oxygène légèrement négatif d’une molécule est attiré vers les atomes d’hydrogène légèrement positifs des autres molécules.

Mais un petit segment de molécules d’eau – celles à la surface – subit les liaisons hydrogène différemment des autres molécules d’eau. Dans leur cas, le bras qui dépasse dans l’air ne forme pas de liaisons hydrogène.

Jusqu’à présent, personne n’était capable de comprendre comment les bras de ces molécules de surface se détendaient après avoir été étirés. En effet, il est très difficile d’isoler le signal de ces molécules.

« Nous avons une bonne connaissance du comportement des molécules d’eau dans un corps liquide, mais notre compréhension des molécules d’eau à l’interface est loin derrière », explique Tahi Tahara du laboratoire de spectroscopie moléculaire RIKEN.

Au cours de la dernière décennie, une équipe dirigée par Tahara a tenté de remédier à cette situation en développant des techniques spectroscopiques très sophistiquées pour explorer les interactions des molécules d’eau sur les surfaces.

L’équipe a maintenant développé une technique basée sur la spectroscopie infrarouge, suffisamment sensible pour détecter la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène dans les molécules d’eau de surface se relâchent.

Grâce à cette technique, l’équipe a découvert que les liaisons oxygène et hydrogène coincées dans l’air tournent en premier sans perdre d’énergie. Ils se détendent ensuite d’une manière similaire aux molécules d’un corps liquide qui forment un réseau de liaisons hydrogène.

« En ce sens, il n’y a pas beaucoup de différence entre les molécules à l’interface et à l’intérieur du liquide après avoir interagi avec leurs voisines, car elles partagent toutes deux le même processus de relaxation », explique Tahara. « Ces résultats dressent un tableau complet de la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène se détendent à la surface de l’eau. »

Tahara et son équipe ont désormais l’intention d’utiliser leur technique spectroscopique pour observer les réactions chimiques qui se produisent à l’interface de l’eau.

Plus d’information:
Woongmo Sung et al., Profil de relaxation vibratoire unifié de l’étirement de l’OH à l’interface air/eau, Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Informations sur les magazines :
L’intelligence artificielle de la nature


Communications naturelles


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