研究人員發現了兩種在低溫下由水和食鹽製成的新晶體，溫度低於約零下50攝氏度。已知的結構(左)有一個鹽分子(黃色和綠色的球)到兩個水分子(紅色和粉紅色的球)。x射線成像讓研究人員能夠確定新結構中單個原子的位置。中心結構中每17個水分子中有兩個氯化鈉分子，即使壓力下降到接近真空，也能保持穩定，就像月球表麵存在的那樣。右邊的結構是每13個水分子中有一個氯化鈉分子，隻有在高壓下才穩定。Credit: Baptiste Journaux/University of Washington
（神秘的地球uux.cn）據美國物理學家組織網（by University of Washington）：木星的衛星之一木衛二表麵縱橫交錯的紅色條紋非常引人注目。科學家懷疑它是水和鹽的冷凍混合物，但它的化學特征是神秘的，因為它與地球上任何已知的物質都不匹配。
華盛頓大學領導的一個團隊可能已經解決了這個難題，他們發現了一種新型固體晶體，這種晶體是水和食鹽在寒冷和高壓條件下結合形成的。研究人員認為，地球上一個實驗室創造的新物質可能在這些世界深海的表麵和底部形成。
這項研究發表在2月20日的《美國國家科學院院刊》上，宣布了地球上最常見的兩種物質的新組合:水和氯化鈉，或食鹽。
“如今，在科學領域有重大發現已經很少見了，”首席作者、UW地球和空間科學代理助理教授Baptiste Journaux說。“鹽和水在地球上是眾所周知的。但除此之外，我們一無所知。現在我們有了這些行星物體，它們可能有我們非常熟悉的化合物，但是在非常奇特的條件下。我們必須重做所有的基礎礦物學科學，就像人們在19世紀所做的那樣，但是是在高壓和低溫下。這是一個激動人心的時刻。”
在寒冷的溫度下，水和鹽結合形成堅硬的鹽冰晶格，稱為水合物，通過氫鍵固定。已知的氯化鈉水合物是一種簡單的結構，每兩個水分子對應一個鹽分子。

新發現的水合物中，每17個水分子中就有兩個氯化鈉分子。這種晶體在高壓下形成，但在低溫低壓條件下保持穩定。Credit: Journaux et al./PNAS
但是，在中等壓力和低溫下發現的這兩種新水合物有著顯著的不同。一種是每17個水分子有兩個氯化鈉；另一種是每13個水分子對應一個氯化鈉。這可以解釋為什麽木星衛星表麵的信號比預期的更“水”。
“它具有行星科學家一直在等待的結構，”Journaux說。
Journaux說，新類型鹹冰的發現不僅對行星科學具有重要意義，而且對物理化學甚至能源研究也具有重要意義，能源研究使用水合物儲存能量。
這項實驗包括將一點點鹽水壓縮在大約一粒沙子大小的兩個鑽石之間，將液體擠壓到標準大氣壓的25000倍。透明的鑽石讓研究小組可以通過顯微鏡觀察這一過程。
“我們試圖測量添加鹽會如何改變我們可以得到的冰的數量，因為鹽充當防凍劑，”Baptiste說。“令人驚訝的是，當我們施加壓力時，我們看到的是這些我們沒有預料到的晶體開始生長。這是一個非常偶然的發現。”

這張衛星圖像顯示了木衛二表麵的紅色條紋，木衛二是木星四顆大衛星中最小的一顆。新類型鹹冰的發現可以解釋這些條紋中的物質，並為木衛二被冰覆蓋的海洋的組成提供線索。Credit: NASA/JPL/Galileo
在實驗室中創造的這種寒冷、高壓的條件在木星的衛星上很常見，科學家們認為，5到10公裏的冰將覆蓋數百公裏厚的海洋，底部可能有更致密的冰。
“壓力隻是讓分子靠得更近，所以它們的相互作用發生了變化——這是我們發現的晶體結構多樣性的主要引擎，”Journaux說。
一旦新發現的水合物形成，即使在壓力釋放後，兩種結構中的一種仍保持穩定。
“我們確定它在高達零下50攝氏度的標準壓力下保持穩定。因此，如果你有一個非常鹹的湖泊，例如在南極洲，可能暴露在這些溫度下，這種新發現的水合物可能存在於那裏，”Journaux說。
該團隊希望製作或收集更大的樣本，以進行更徹底的分析，並驗證冰衛星的信號是否與新發現的水合物的信號相匹配。

這張衛星圖片顯示了木衛三表麵的白色條紋，木衛三是木星最大的衛星。新類型鹹冰的發現可以解釋這些條紋中的物質，並為木衛三被冰覆蓋的海洋的組成提供線索。Credit: NASA/JPL/JUNO
兩個即將到來的任務將探索木星的冰衛星:歐洲航天局的木星冰衛星探測器任務，於4月發射，美國宇航局的歐羅巴快船任務，於2024年10月發射。美國宇航局的蜻蜓任務將於2026年發射到土星的衛星泰坦。了解這些任務將會遇到什麽化學物質將有助於更好地確定他們尋找生命信號的目標。
“除了地球，這些是唯一一個液態水在地質時間尺度上穩定的行星體，這對生命的出現和發展至關重要，”Journaux說。“在我看來，它們是我們太陽係中發現外星生命的最佳地點，因此我們需要研究它們奇特的海洋和內部，以更好地了解它們是如何形成、進化並能在太陽係寒冷地區保留液態水的，距離太陽如此之遠。”