RW Space

Две недавно открытые формы замерзшей соленой воды могут помочь ученым разгадать тайну Солнечной системы покрытые льдом луны.

Под воздействием более высоких давлений и более низких температур, чем в природе на Земле, атомы в гидратированном хлориде натрия, более известном как соль водяной лед – организовались в никогда ранее не идентифицированные структуры, в которых доля молекул воды гораздо выше, чем соли.

Это может объяснить странную химическую характеристику вещества на поверхности спутника Юпитера Европы, которое кажется более водянистым, чем ожидают ученые.

«В наши дни в науке редко случаются фундаментальные открытия, – говорит ученый-землянин и космонавт Батист Журно из Вашингтонского университета.

«Соль и вода очень хорошо известны в земных условиях. Но дальше мы в полном неведении. И теперь у нас есть эти планетарные объекты которые, вероятно, имеют соединения, очень знакомые нам, но в очень экзотических условиях. Мы должны переделать всю фундаментальную минералогическую науку, которую люди сделали в 1800-х годах, но при высоком давлении и низкой температуре. Это захватывающее время.»

Соль и вода, также известные как хлорид натрия и дигидрогеноксид, в изобилии присутствуют в нашем родном мире. При смешивании молекулы соли растворяются в молекулах воды, образуя раствор. . Присутствие соли снижает температуру замерзания раствора по сравнению с несоленой водой, но поскольку температура продолжает падать в типичных земных атмосферных условиях, раствор в конечном итоге замерзает.

Когда это происходит, молекулы располагаются в жесткой решетке st структура, известная как гидрат. На Земле (за пределами лаборатории) эта структура имеет только одну конфигурацию: одна молекула соли на каждые две молекулы воды.

На таких спутниках, как Европа и Ганимед, которые вращаются вокруг Юпитера, и спутнике Сатурна Энцеладе ученые обнаружили также обнаружил доказательства наличия соли и воды, только условия, в которых они находятся, сильно отличаются от земных.

Подвержен воздействию почти в вакууме космоса, вдали от Солнца, поверхности этих далеких миров могут стать чрезвычайно холодными. Под их ледяными покровами лежат океаны, которые в некоторых случаях могут быть более чем в 100 раз толще, чем самые глубокие воды на Земле, создавая довольно экстремальные давления и температуры.

Журно и его коллеги решили исследовать влияние соли на производство льда. Они сжали крошечный шарик соленой воды в ячейке с алмазной наковальней в чрезвычайно холодных условиях, создав давление, в 25 000 раз превышающее земное атмосферное давление, при этом понизив температуру до -123 градусов Цельсия (-190 градусов по Фаренгейту»).

Они не ожидали, что произойдет дальше.

«Мы пытались измерить, как добавление соли изменит количество льда, которое мы могли получить, поскольку соль действует как антифриз», — объясняет Журно. «Удивительно, но когда мы надавили, мы увидели, что эти кристаллы, которых мы не ожидали, начали расти. Это было очень удачное открытие».

В условиях своего эксперимента исследователи увидели два новых расположения молекул соли и воды. В одном из них на каждые 17 молекул воды приходилось две молекулы соли; в другом на одну молекулу соли приходилось 13 молекул воды. И то, и другое сильно отличается от воды из одной соли и двух, наблюдаемой в природе на Земле, и согласуется с водянистыми химическими сигнатурами, наблюдаемыми на ледяных лунах.

«У нее есть структура, которую ждали планетарные ученые», — добавляет Журно.

Основным фактором, по словам исследователей, является давление, которое сжимает молекулы вместе и заставляет их искать новые способы сосуществования. Но даже когда давление было сброшено, один из недавно идентифицированных гидратов — тот, что с 17 молекулами воды — оставался стабильным до температуры -50 градусов по Цельсию. Это говорит о том, что его можно найти и здесь, на Земле, возможно, подо льдом Антарктиды.

Необходимо провести дальнейшие исследования, чтобы определить, сможет ли это открытие раскрыть тайну ледяной Луны.

«Инфракрасные спектры [гидрата] еще предстоит определить в будущих исследованиях, — пишут исследователи, — но его гипергидратированная структура может решить давнюю загадку неопознанной гидратной фазы на поверхности Европы и Ганимеда».

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.