木卫二是木星的卫星之一，其表面纵横交错的红色条纹非常引人注目。科学家怀疑这是一种冻结的水和盐的混合物，但它的化学特征很神秘，因为它与地球上任何已知物质都不匹配。
由华盛顿大学领导的一个国际团队可能已经解决了这个难题，他们发现了一种新型的固体晶体，当水和食盐在寒冷和高压条件下结合时形成。研究人员认为，这种在地球实验室创造的新物质可能会在这些星球的深海表面和底部形成。
这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上，宣布了地球上最常见的两种物质的新组合:水和氯化钠，或称食盐。
“现在很少有基本的科学发现，”主要作者、华盛顿大学地球与空间科学代理助理教授巴蒂斯特·Journaux说。
“盐和水在地球条件下是众所周知的。但除此之外，我们完全一无所知。现在我们有了这些行星状物体，它们可能有非常熟悉的化合物，但在非常奇特的条件下。我们必须重做人们在19世纪所做的所有基础矿物学研究，但要在高压和低温下进行。这是一个令人兴奋的时刻。”
在低温下，水和盐结合形成坚硬的盐渍冰格，称为水合物，由氢键固定在原地。之前唯一已知的氯化钠水合物是一个简单的结构，每两个水分子对应一个盐分子。
但在中压低温条件下发现的两种新水合物却截然不同。一种是每17个水分子有2个氯化钠;另一种是每13个水分子对应1个氯化钠。这就解释了为什么木星卫星表面的特征比预期的更“水”。
“它具有行星科学家一直在等待的结构，”Journaux说。
Journaux说，新型含盐冰的发现不仅对行星科学很重要，对物理化学甚至能源研究也很重要，这些研究使用水合物来储存能量。
该实验包括在法国、德国和美国的同步加速器设施中，将少量盐水压缩在两颗沙粒大小的钻石之间，将液体压缩到标准大气压的2.5万倍。透明的钻石使研究小组可以通过显微镜观察这一过程。
巴蒂斯特说:“我们试图测量添加盐会如何改变我们能得到的冰量，因为盐是一种防冻剂。”“令人惊讶的是，当我们施加压力时，我们看到这些我们没有预料到的晶体开始生长。这是一个非常偶然的发现。”
在实验室中创造的这种寒冷、高压的环境在木星的卫星上很常见。科学家们认为，5到10公里厚的冰层将覆盖数百公里厚的海洋，底部可能有更密集的冰形式。
“压力只是让分子靠得更近，所以它们的相互作用发生了变化——这是我们发现的晶体结构多样性的主要引擎，”Journaux说。
一旦新发现的水合物形成，即使在压力释放后，两个结构中的一个仍然保持稳定。
Journaux说:“我们确定，在零下50摄氏度左右的标准压力下，它仍然保持稳定。因此，如果你有一个非常咸的湖泊，例如在南极洲，可能暴露在这样的温度下，这种新发现的水合物可能存在于那里。”
研究小组希望制作或收集更大的样本，以便进行更彻底的分析，并验证来自冰卫星的特征是否与新发现的水合物的特征相匹配。
即将进行的两个任务将探索木星的冰卫星:欧洲航天局的木星冰卫星探测器任务，将于4月发射，以及美国宇航局的木卫二快艇任务，将于2024年10月发射。美国宇航局的蜻蜓号任务将于2026年发射到土星的卫星泰坦。了解这些任务将遇到的化学物质将有助于更好地寻找生命迹象。
Journaux说:“除了地球，这是唯一一个液态水在地质时间尺度上稳定的行星体，这对生命的出现和发展至关重要。”
“在我看来，它们是太阳系中发现地外生命的最佳地点，所以我们需要研究它们的奇异海洋和内部，以更好地了解它们是如何形成、进化的，以及如何在远离太阳的太阳系寒冷地区保留液态水。”
