Нова форма на солен лед може да покрива загадъчните луни на Юпитер и Нептун

Ваня Милева Последна промяна на 22 февруари 2023 в 00:10 6937 0

червените ивици по повърхността на Европа

Кредит NASA/JPL/Galileo

Тази сателитна снимка показва червени ивици по повърхността на Европа, най-малката от четирите големи луни на Юпитер. Откриването на нови видове солен лед може да обясни материала в тези ивици и да даде сведения за състава на покрития с лед океан на Европа.

Червените ивици, пресичащи повърхността на Европа, една от луните на Юпитер, са поразителни. Учените подозират, че това е замръзнала смес от вода и соли, но химическият ѝ подпис е загадъчен, защото не съответства на нито едно познато вещество на Земята.

Възможно е изследователски екип, ръководен от Вашингтонския университет, да е разрешил загадката с откриването на нов вид твърд кристал, който се образува при комбинирането на вода и готварска сол в условия на ниска температура и високо налягане. Изследователите смятат, че новото вещество, създадено в лаборатория на Земята, може да се образува на повърхността и на дъното на дълбоките океани на тези ледени луни.

Публикувано на 20 февруари в Proceedings of the National Academy of Sciences, изследването обявява нова комбинация за две от най-разпространените вещества на Земята: вода и натриев хлорид, или готварска сол.

Бели ивици на ГанимедТази сателитна снимка показва бели ивици по повърхността на Ганимед, най-голямата от луните на Юпитер. Откриването на нови видове солен лед би могло да обясни материала в тези ивици и да даде сведения за състава на покрития с лед океан на Ганимед. Кредит: NASA/JPL/JUNO

"В днешно време е рядкост да се правят фундаментални открития в науката", коментира водещият автор Баптист Журно (Baptiste Journaux), действащ асистент по науки за земята и космоса във Вашингтонския университет. "Солта и водата са много добре познати при земните условия. Но отвъд тях сме в пълно неведение. И сега откриваме тези планетарни обекти, които вероятно имат съединения, които са ни много добре познати, но при много екзотични условия. Трябва да повторим цялата фундаментална минералогична наука, която хората са правили през XIX в., но при високо налягане и ниска температура. Това е вълнуващо време."

При ниски температури водата и солите се комбинират, за да образуват твърда солена ледена решетка, известна като хидрат, която се крепи от водородни връзки. Единственият известен досега хидрат за натриев хлорид е бил проста структура с една молекула сол на всеки две молекули вода.

При ниски температури водата и солите се комбинират, за да образуват твърда солена ледена решетка, известна като хидрат, която се крепи от водородни връзки. Единственият известен досега хидрат за натриев хлорид е бил проста структура с една молекула сол на всеки две молекули вода.

Но двата нови хидрата, открити при умерени налягания и ниски температури, са поразително различни. В единия има два натриеви хлорида на всеки 17 водни молекули, а в другия - един натриев хлорид на всеки 13 водни молекули. Това би обяснило защо следите от повърхността на луните на Юпитер са по-"воднисти" от очакваното.

"Това е структурата, която се очакваше от планетарните учени", посочва Журно.

Нови кристални структури

Изследователите откриват два нови кристала, направени от вода и готварска сол при ниски температури, под около минус 50°С. Известната структура (вляво) има една молекула сол (жълти и зелени сфери) към две молекули вода (червени и розови сфери). Рентгеновите изображения позволяват на изследователите да определят позицията на отделните атоми в новите структури. Централната структура има две молекули натриев хлорид на всеки 17 молекули вода и остава стабилна дори ако налягането спадне почти до вакуум, каквото би имало на повърхността на луната. Структурата вдясно има една молекула натриев хлорид на всеки 13 молекули вода и е стабилна само при високо налягане. Кредит: Baptiste Journaux/University of Washington

Откриването на нови видове солен лед има значение не само за планетарната наука, но и за физикохимията и дори за изследванията в областта на енергетиката, където хидратите се използват за съхранение на енергия, обяснява Журно.

Експериментът включва компресиране на малко количество солена вода между два диаманта с размер на песъчинка, като течността се притиска до 25 000 пъти повече от стандартното атмосферно налягане. Благодарение на прозрачните диаманти екипът успява да наблюдава процеса под микроскоп.

"Опитвахме се да измерим как добавянето на сол ще промени количеството лед, което можем да получим, тъй като солта действа като антифриз", разказва Баптист. "Изненадващо, когато приложихме налягането, видяхме, че тези кристали, които не очаквахме, започнаха да растат. Това беше много случайно откритие."

Такива условия на ниски температури и високо налягане, създадени в лабораторията, са обичайни за луните на Юпитер, където учените смятат, че 5 до 10 км лед покрива океани с дебелина до няколкостотин километра, като на дъното са възможни още по-плътни форми на лед.

"Налягането просто доближава молекулите една до друга, така че взаимодействието им се променя - това е основният двигател на разнообразието в кристалните структури, които открихме", обяснява Журно.

След като новооткритите хидрати са се образували, едната от двете структури е останала стабилна дори след като налягането е било освободено.

"Установихме, че тя остава стабилна при стандартно налягане до около минус 50°С. Така че, в много солено езеро, например в Антарктида, което може да е изложено на такива температури, този новооткрит хидрат може да присъства там", обяснява Журно.

Новооткрит хидратен кристалТова изображение показва новооткрития хидрат, който има две молекули натриев хлорид на всеки 17 молекули вода. Този кристал се образува при високо налягане, но остава стабилен при студени условия на ниско налягане. Кредит: Journaux et al./PNAS

Екипът се надява да направи или събере по-голяма проба, която да позволи по-задълбочен анализ и да провери дали химичните подписи от ледените луни съвпадат с химичните подписи от новооткритите хидрати.

Две предстоящи мисии ще изследват ледените луни на Юпитер: Мисията на Европейската космическа агенция Jupiter Icy Moons Explorer, която стартира през април, и мисията на НАСА Europa Clipper, която ще стартира през октомври 2024 г. Мисията Dragonfly на НАСА ще стартира към луната на Сатурн Титан през 2026 г. Познаването на химичните вещества, с които ще се сблъскат тези мисии, ще помогне за по-доброто насочване на търсенето на признаци на живот.

"Това са единствените планетарни тела, освен Земята, където течната вода е стабилна в геологични времеви мащаби, което е от решаващо значение за появата и развитието на живота", посочва Журно. "Според мен те са най-доброто място в нашата Слънчева система за откриване на извънземен живот, така че трябва да изучим техните екзотични океани и дълбини, за да разберем по-добре как са се образували, развили и могат да задържат течна вода в студените райони на Слънчевата система, толкова далеч от Слънцето."

Справка: “On the identification of hyperhydrated sodium chloride hydrates, stable at icy moon conditions” 20 February 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2217125120

Източник: A “Fundamental Discovery” in Science – New Form of Salty Ice Could Exist on Extraterrestrial Moons, University of Washington

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !