华盛顿大学领导的一个研究小组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，这种晶体是水和食盐在寒冷和高压条件下结合形成的。研究人员认为，在地球实验室中创造的新物质可能在这些星球的深海表面和底部形成。

这项研究发表在2月20日的《科学》杂志上美国国家科学院院刊美国宇航局宣布了地球上最常见的两种物质的新组合:水和氯化钠(即食盐)。

华盛顿大学地球与空间科学代理助理教授、主要作者巴蒂斯特·杰诺说:“现在在科学上有根本性的发现是很罕见的。”“在地球条件下，盐和水是众所周知的。但除此之外，我们完全处于黑暗之中。现在我们有了这些行星状物体，它们可能含有我们非常熟悉的化合物，但在非常奇特的条件下。我们必须重做19世纪人们所做的所有基础矿物学研究，但要在高压和低温下进行。这是一个激动人心的时刻。”

在低温下，水和盐结合形成坚硬的盐冰晶格，被称为水合物，由氢键固定。以前唯一已知的氯化钠水合物是一种简单的结构，每两个水分子对应一个盐分子。

但是，在中压和低温下发现的两种新水合物却截然不同。每17个水分子对应2个氯化钠;另一个是每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“含水”。

“它具有行星科学家一直在等待的结构，”Journaux说。

新型盐冰的发现不仅对行星科学很重要，而且对物理化学甚至能源研究也很重要，因为能源研究使用水合物来储存能量。

该实验包括在两颗沙粒大小的钻石之间压缩一小块盐水，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可以得到的冰的数量，因为盐起到防冻剂的作用。”“令人惊讶的是，当我们施加压力时，我们看到的是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，在木星的卫星上，5到10公里厚的冰将覆盖数百公里厚的海洋，底部可能有密度更大的冰。

“压力只会让分子靠得更近，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动力，”Journaux说。

一旦新发现的水合物形成，即使在压力释放后，两种结构中的一种仍保持稳定。

“我们确定它在零下50摄氏度的标准压力下保持稳定，所以如果你有一个非常咸的湖泊，例如在南极洲，可能会暴露在这样的温度下，这种新发现的水合物可能存在，”Journaux说。

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

两个即将到来的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船任务，将于2024年10月发射。美国宇航局的蜻蜓计划将于2026年发射到土星的卫星土卫六。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的特征。

“这是除了地球之外唯一的行星体，液态水在地质时间尺度上是稳定的，这对生命的出现和发展至关重要，”Journaux说。“在我看来，它们是我们太阳系中发现外星生命的最佳地点，所以我们需要研究它们的外来海洋和内部，以更好地了解它们是如何形成、进化的，以及它们如何在远离太阳的太阳系寒冷地区保留液态水。”

这项研究是由美国宇航局资助的。合著者是华盛顿大学的j·迈克尔·布朗教授和研究生杰森·奥特。其他合作者来自汉堡的德国电子同步加速器;法国的欧洲同步加速器设施;瑞士地球化学和岩石学研究所、德国巴伐利亚实验地球化学和地球物理地球研究所;美国宇航局喷气推进实验室;以及芝加哥大学。