新发现：盐 + 水 = ？

人类一直马不停蹄地搜寻地外生命的踪影。对我们已知的生命形式而言，液态水是一项重要的指标，这对于生命的出现和发展至关重要。

除了那些遥远的系外行星，就在我们的“家门口”，实际上也有一些备受关注的地方。在太阳系行星周围的一些卫星上，也有在地质时间尺度上算得上稳定的液态水存在，它们是太阳系中出现地外生命的最佳地点。

这些卫星上往往有着奇特的海洋和内部环境。比如，木星的卫星之一木卫二表面纵横交错的红色条纹非常醒目。科学家一直怀疑，那是水和盐的冰冻混合物，但它的化学特征相当神秘，它与地球上任何已知物质都不相符。

木卫二是木星四颗大卫星中最小的一颗，表面有纵横交错的红色条纹。新研究发现了一种新型的盐冰，可以用于解释这些条纹中的物质，并为木卫二上被冰雪覆盖的海洋的组成提供了线索。（图/NASA/JPL/Galileo）

近日，一组国际团队可能已经破解了谜题。新研究发现了一种新型固体晶体，由水和食盐在寒冷和高压的条件下结合形成。研究人员认为，这种在地球的实验室中创造出的新型物质，有可能在那些卫星的深海表面和海底形成。研究已发表在《美国国家科学院院刊》上。

  低温高压下的盐和水 

在地球条件下，盐和水都算不上什么罕见的物质。但在一些非常奇特的环境中，比如高压和低温条件下，一些最基础的矿物学就必须接受全新的审视。

在低温环境中，水和盐会结合形成一种刚性的盐化冰晶格，即水合物，它们通过氢键固定。在此之前，唯一已知的氯化钠水合物有着非常简单的结构，每两个水分子对应一个盐分子，这与新发现的两种新型水合物非常不同。

在新的实验中，研究人员在同步辐射设施中，将一小滴盐水放置在两颗沙粒大小的钻石之间进行压缩，施加的压力达到标准大气压的25000倍。透过透明的钻石，研究团队能用显微镜清晰地捕捉到这一过程。

因为盐可以起到防冻的作用，研究人员想要知道，加入盐会如何改变得到的冰的量。令人惊讶的是，在施加压力时，科学家看到的是一些意料之外的晶体开始生长。因此这也算一项非常偶然的发现。

新发现的水合物，每17个水分子对应两个氯化钠分子。这种晶体在高压下形成，但在低温和低压环境中依旧可以保持稳定。（图／Baptiste Journaux, University of Washington）

在这两种新型水合物中，其中一种是每两个氯化钠对应17个水分子，另一种则是每个氯化钠对应13个水分子。压强让分子更接近，它们的相互作用因此发生了变化。这也是晶体结构多样性的主要成因。

研究人员发现了两种由水和食盐在低温下（低于约零下50摄氏度）形成的新型晶体。先前已知的结构（左）是一个盐分子（黄色和绿色）对应两个水分子（红色和粉色）。X射线成像让研究人员确定了新型结构中各个原子的位置。中间的结构每17个水分子对应两个氯化钠分子，即使压力下降到接近真空也能保持稳定。右侧的结构是每13个水分子对应一个氯化钠分子，仅在高压下稳定。（图／Baptiste Journaux, University of Washington）

实验室中的这种低温高压条件，在木星的卫星上其实相当很常见。科学家认为，在那里，5到10千米的冰会覆盖深深的海洋，甚至在底部都可能有更致密的冰。

这些新发现的水合物一旦形成，两种结构中的一种即使在压力被释放后也能保持稳定。也就是说，如果有一处盐度很高的湖泊暴露在低温下，这种新发现的水合物可能在那里存在。而这一发现或许就能解释，为什么来自木星卫星表面的特征比预期的更“水”。

  计划中的航天任务  

团队希望制作或收集更大的样本，以便进行更彻底的分析，并验证来自冰质卫星的特征是否与新发现的水合物的特征相符。

一些航天任务计划在短期的未来探索这些冰质卫星。ESA的冰质木卫探测器任务将于4月发射，NASA的木卫二快船任务将于2024年10月发射。NASA的蜻蜓号土卫六探测器计划于2026年发射到土星的卫星。

研究这些卫星上奇特的海洋和内部，就有机会更好地了解它们是如何形成、演化的，也有助于更好地锁定可能的生命特征。

此外，这种新型盐冰的发现不仅对行星科学具有重要意义，还对物理化学，甚至能源研究都很重要，因为能源研究利用水合物来储存能量。

#创作团队：

编译：Gaviota

排版：雯雯

#参考来源：

https://www.washington.edu/news/2023/02/21/newly-discovered-form-of-salty-ice-could-exist-on-surface-of-extraterrestrial-moons/

#图片来源：

封面图：NASA, JPL, Galileo

首图：NASA, JPL, JUNO