Bu uydu görüntüsü, Jüpiter’in dört büyük uydusunun en küçüğü olan Europa’nın yüzeyinde kırmızı çizgiler gösteriyor. Yeni tuzlu buz türlerinin keşfi, bu çizgilerdeki materyali açıklayabilir ve Europa’nın buzla kaplı okyanusunun bileşimi hakkında ipuçları verebilir. Kredi: NASA/JPL/Galileo
Jüpiter’in uydularından biri olan Europa’nın yüzeyinde çaprazlamasına uzanan kırmızı çizgiler dikkat çekici. Bilim adamları bunun donmuş bir su ve tuz karışımı olduğundan şüpheleniyorlar, ancak Dünya’da bilinen hiçbir maddeyle eşleşmediği için kimyasal imzası gizemli.
Washington Üniversitesi liderliğindeki bir araştırma ekibi, bu keşifle bilmeceyi çözmüş olabilir. soğuk ve yüksek basınç koşullarında su ve sofra tuzu birleştiğinde oluşan yeni bir katı kristal türü. Araştırmacılar, Dünya’daki bir laboratuvarda oluşturulan yeni maddenin bu dünyaların derin okyanuslarının yüzeyinde ve dibinde oluşabileceğine inanıyor.
20 Şubat’ta Proceedings of the National Academy of Sciences’ta yayınlanan çalışma, yeni bir Dünya’nın en yaygın iki maddesinin birleşimi: su ve sodyum klorür veya sofra tuzu.
Bu uydu görüntüsü, Jüpiter’in uydularının en büyüğü olan Ganymede’nin yüzeyinde beyaz çizgiler gösteriyor. Yeni tuzlu buz türlerinin keşfi, bu çizgilerdeki materyali açıklayabilir ve Ganymede’nin buzla kaplı okyanusunun bileşimi hakkında ipuçları verebilir. Kredi: NASA/JPL/JUNO
UW’de Dünya ve uzay bilimleri alanında yardımcı doçent vekili olan baş yazar Baptiste Journaux, “Bugünlerde bilimde temel keşiflere sahip olmak nadirdir,” dedi. “Tuz ve su, Dünya koşullarında çok iyi bilinir. Ama bunun ötesinde, tamamen karanlıktayız. Ve şimdi, muhtemelen bize çok tanıdık gelen, ancak çok egzotik koşullarda bileşiklere sahip bu gezegensel nesnelere sahibiz. İnsanların 1800’lerde yaptığı tüm temel mineraloji bilimini yüksek basınç ve düşük sıcaklıkta yeniden yapmalıyız. Heyecan verici bir zaman.”
Soğuk sıcaklıklarda su ve tuzlar, hidrat olarak bilinen ve hidrojen bağlarıyla yerinde tutulan katı, tuzlu, buzlu bir kafes oluşturmak üzere birleşir. Sodyum klorür için daha önce bilinen tek hidrat, her iki su molekülü için bir tuz molekülü içeren basit bir yapıydı.
Fakat orta basınçlarda ve düşük sıcaklıklarda bulunan iki yeni hidrat çarpıcı biçimde farklıdır. Her 17 su molekülü için iki sodyum klorür vardır; diğerinde ise her 13 su molekülü için bir sodyum klorür bulunur. Bu, Jüpiter’in uydularının yüzeyindeki imzaların neden beklenenden daha “sulu” olduğunu açıklıyor.
“Gezegen bilimcilerin beklediği yapıya sahip,” dedi Journaux.
Araştırmacılar, yaklaşık eksi 50 C’nin altındaki düşük sıcaklıklarda su ve sofra tuzundan yapılmış iki yeni kristal keşfetti. Bilinen yapı (solda), bir tuz molekülüne (sarı ve yeşil toplar) ve iki su molekülüne (kırmızı ve pembe) sahiptir. toplar). X-ışını görüntüleme, araştırmacıların yeni yapılardaki tek tek atomların konumunu belirlemesine olanak tanır. Merkez yapı, her 17 su molekülü için iki sodyum klorür molekülüne sahiptir ve bir ay yüzeyinde olduğu gibi, basınç neredeyse vakuma düşse bile sabit kalır. Sağdaki yapı, her 13 su molekülü için bir sodyum klorür molekülüne sahiptir ve yalnızca yüksek basınçta kararlıdır. Kredi: Baptiste Journaux/Washington Üniversitesi
Yeni tuzlu buz türlerinin keşfi, yalnızca gezegen bilimi için değil, fiziksel kimya ve hatta hidratları enerji depolamak için kullanan enerji araştırmaları için de önem taşıyor, Journaux dedi.
Deney, yaklaşık bir kum tanesi büyüklüğündeki iki elmas arasında çok küçük bir miktar tuzlu suyu sıkıştırmayı ve sıvıyı standart atmosferik basıncın 25.000 katına kadar sıkıştırmayı içeriyordu. Şeffaf elmaslar, ekibin süreci mikroskopla izlemesini sağladı.
Baptiste, “Tuz antifriz görevi gördüğünden, tuz eklemenin elde edebileceğimiz buz miktarını nasıl değiştireceğini ölçmeye çalışıyorduk,” dedi. “Şaşırtıcı bir şekilde, üzerine baskı uyguladığımızda, beklemediğimiz bu kristallerin büyümeye başladığını gördük. Çok şans eseri bir keşifti.”
Laboratuvarda oluşturulan bu tür soğuk, yüksek basınç koşulları, bilim adamlarının 5 ila 10 kilometrelik buzun birkaç yüz kilometre kalınlığa kadar okyanusları kaplayabileceğini düşündükleri Jüpiter’in uydularında yaygın olacaktır. , altta daha da yoğun buz biçimleri mümkün.
“Basınç molekülleri birbirine yaklaştırıyor, böylece etkileşimleri değişiyor — bulduğumuz kristal yapılarda çeşitliliğin ana motoru bu,” dedi Journaux.
Yeni keşfedilen hidratlar oluştuktan sonra, iki yapıdan biri basınç serbest bırakıldıktan sonra bile kararlı kaldı.
“Standart basınçta yaklaşık eksi 50 C’ye kadar kararlı kaldığını belirledik. . Yani, örneğin Antarktika’da bu sıcaklıklara maruz kalabilecek çok tuzlu bir gölünüz varsa, bu yeni keşfedilen hidrat orada bulunabilir,” dedi Journaux.
Bu resim her 17 su molekülü için iki sodyum klorür molekülüne sahip yeni keşfedilen hidratı gösterir. les. Bu kristal, yüksek basınçta oluşur, ancak soğuk, düşük basınç koşullarında sabit kalır. Kredi: Journaux et al./PNAS
Ekip, daha kapsamlı bir analize olanak sağlamak ve buzlu aylardan gelen işaretlerin yeni keşfedilen hidratlardan gelen işaretlerle eşleşip eşleşmediğini doğrulamak için daha büyük bir örnek yapmayı veya toplamayı umuyor.
Yaklaşan iki görev Jüpiter’in buzlu uydularını keşfedecek: Avrupa Uzay Ajansı’nın Nisan’da başlayacak Jüpiter Icy Moons Explorer görevi ve Ekim 2024’te başlayacak NASA’nın Europa Clipper görevi. NASA’nın Dragonfly görevi 2026’da Satürn’ün uydusu Titan’a fırlatılacak . Bu görevlerin hangi kimyasallarla karşılaşacağını bilmek, yaşamın belirtilerini aramalarını daha iyi hedeflemelerine yardımcı olacaktır.
“Bunlar, Dünya dışında, sıvı suyun jeolojik zaman ölçeklerinde kararlı olduğu tek gezegen cisimleridir ve bu çok önemlidir. yaşamın ortaya çıkması ve gelişmesi için,” dedi Journaux. “Bence güneş sistemimizde dünya dışı yaşamı keşfetmek için en iyi yer burası, bu yüzden nasıl oluştuklarını, geliştiklerini ve güneş sisteminin soğuk bölgelerinde sıvı suyu tutabildiklerini daha iyi anlamak için egzotik okyanuslarını ve iç kısımlarını incelememiz gerekiyor. , güneşten çok uzakta.”
Referans: “Buzlu ay koşullarında kararlı, hiperhidrate sodyum klorür hidratların tanımlanması üzerine” 20 Şubat 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.
{17 }DOI: 10.1073/pnas.2217125120
Bu araştırma NASA tarafından finanse edilmiştir. Ortak yazarlar, UW’de profesör J. Michael Brown ve yüksek lisans öğrencisi Jason Ott’tur. Ek ortak yazarlar, Hamburg’daki Alman Electron Synchrotron’daydı; Fransa’daki Avrupa Synchrotron Tesisi; İsviçre’deki Jeokimya ve Petroloji Enstitüsü, Almanya’daki Bavyera Deneysel Jeokimya ve Jeofizik Jeoinstitüsü; NASA’nın Jet Tahrik Laboratuvarı; ve Chicago Üniversitesi.