새로 발견된 형태의 짠 얼음이 외계 위성 표면에 존재할 수 있다

[아름이]

새로 발견된 형태의 짠 얼음이 외계 위성 표면에 존재할 수 있다
날짜:
2023년 2월 20일
원천:
워싱턴 대학교
요약:
국제 연구팀이 짠 얼음 또는 물과 염화나트륨으로 만든 고체 수화물에 대한 두 개의 새로운 결정 구조를 발견했습니다. 새로 발견된 물질의 특성은 유로파와 가니메데와 같은 얼음 위성 표면에서 볼 수 있는 물질의 특성과 일치하며 얼음 바다에 대한 단서를 제공할 수 있습니다.

전체 이야기
목성의 위성 중 하나인 유로파의 표면을 십자형으로 가로지르는 붉은 줄무늬가 인상적입니다. 과학자들은 그것이 물과 소금의 얼어붙은 혼합물이라고 의심하지만, 그것의 화학적 특징은 지구상에 알려진 어떤 물질과도 일치하지 않기 때문에 신비합니다.

워싱턴 대학이 이끄는 팀은 차갑고 고압 조건에서 물과 식염이 결합할 때 형성되는 새로운 유형의 고체 결정을 발견하여 퍼즐을 풀었을 수 있습니다. 연구자들은 지구의 한 실험실에서 생성된 새로운 물질이 이 세계의 깊은 바다의 표면과 바닥에서 형성될 수 있다고 믿고 있습니다.

2월 20일 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences) 에 발표된 이 연구는 지구에서 가장 흔한 두 가지 물질인 물과 염화나트륨 또는 식탁용 소금의 새로운 조합을 발표했습니다.

"요즘 과학에서 근본적인 발견을 하는 것은 드문 일입니다." 주저자인 UW 지구 및 우주 과학 조교수인 Baptiste Journaux가 말했습니다. "소금과 물은 지구 조건에서 매우 잘 알려져 있습니다. 그러나 그 이상으로 우리는 완전히 어둠 속에 있습니다. 그리고 이제 우리에게 매우 친숙하지만 매우 이국적인 조건에 있는 화합물을 포함할 행성 물체가 있습니다. 우리는 1800년대에 사람들이 했던 모든 기초 광물학을 다시 해야 하지만 고압 및 저온에서 해야 합니다. 흥미진진한 시간입니다."

낮은 온도에서 물과 소금은 결합하여 수소 결합에 의해 제자리에 유지되는 수화물로 알려진 단단한 소금 얼음 격자를 형성합니다. 염화나트륨에 대해 이전에 알려진 유일한 수화물은 물 분자 2개마다 소금 분자 1개가 있는 단순한 구조였습니다.

그러나 적당한 압력과 낮은 온도에서 발견되는 두 가지 새로운 수화물은 현저하게 다릅니다. 하나는 17개의 물 분자마다 2개의 염화나트륨을 가지고 있습니다. 다른 하나는 13개의 물 분자마다 하나의 염화나트륨을 가지고 있습니다. 이것은 목성의 위성 표면의 서명이 예상보다 더 "물"인 이유를 설명합니다.

"그것은 행성 과학자들이 기다려온 구조를 가지고 있습니다."라고 Journaux는 말했습니다.

새로운 유형의 짠 얼음의 발견은 행성 과학뿐만 아니라 물리 화학 및 에너지 저장을 위해 수화물을 사용하는 에너지 연구에도 중요하다고 Journaux는 말했습니다.

이 실험은 모래 알갱이만한 크기의 두 다이아몬드 사이에 약간의 염수를 압축하여 표준 대기압의 25,000배까지 액체를 압착하는 것과 관련이 있습니다. 투명한 다이아몬드 덕분에 팀은 현미경을 통해 프로세스를 관찰할 수 있었습니다.

Baptiste는 "소금이 부동액 역할을 하기 때문에 소금을 추가하면 얻을 수 있는 얼음의 양이 어떻게 달라지는지 측정하려고 했습니다."라고 말했습니다. "놀랍게도 우리가 압력을 가했을 때 우리가 예상하지 못한 결정이 자라기 시작했다는 것을 보았습니다. 그것은 매우 우연한 발견이었습니다."

실험실에서 생성된 이러한 차갑고 고압적인 조건은 목성의 위성에서 흔히 볼 수 있습니다. 과학자들은 5~10km의 얼음이 최대 수백 km 두께의 바다를 덮고 바닥에서 더 밀도가 높은 형태의 얼음이 가능하다고 생각합니다.

"압력은 분자들을 더 가깝게 만들 뿐이므로 그들의 상호 작용이 변합니다. 이것이 우리가 발견한 결정 구조의 다양성을 위한 주요 엔진입니다."라고 Journaux는 말했습니다.

새로 발견된 수화물이 형성되면 두 구조 중 하나는 압력이 해제된 후에도 안정적으로 유지되었습니다.

"우리는 약 영하 50도까지 표준 압력에서 안정적으로 유지된다는 것을 확인했습니다. 예를 들어 남극 대륙과 같이 이러한 온도에 노출될 수 있는 매우 염분이 많은 호수가 있는 경우 새로 발견된 이 수화물이 그곳에 존재할 수 있습니다." Journaux 말했다.

팀은 보다 철저한 분석을 가능하게 하고 얼음 달의 서명이 새로 발견된 수화물의 서명과 일치하는지 확인하기 위해 더 큰 샘플을 만들거나 수집하기를 희망합니다.

4월에 발사되는 유럽 우주국의 Jupiter Icy Moons Explorer 미션과 2024년 10월에 발사되는 NASA의 Europa Clipper 미션이 곧 두 개의 미션에서 목성의 얼음 위성을 탐사할 예정입니다. NASA의 Dragonfly 미션은 2026년에 토성의 위성 타이탄으로 발사됩니다. 삶의 흔적을 더 잘 찾는 데 도움이 될 것입니다.

Journaux는 "지구를 제외하고 액체 상태의 물이 지질학적 시간 척도에서 안정적인 유일한 행성체이며, 이는 생명체의 출현과 발달에 매우 중요합니다."라고 말했습니다. "내 생각에 그들은 외계 생명체를 발견하기에 우리 태양계에서 가장 좋은 장소입니다. 그래서 우리는 그들이 어떻게 형성되고 진화했으며 태양계의 추운 지역에서 액체 상태의 물을 유지할 수 있는지 더 잘 이해하기 위해 그들의 이국적인 바다와 내부를 연구해야 합니다. , 태양에서 너무 멀리 떨어져 있습니다."

이 연구는 NASA의 자금 지원을 받았습니다. 공동 저자는 UW의 J. Michael Brown 교수와 대학원생 Jason Ott입니다. 추가 공동 저자는 함부르크의 German Electron Synchrotron에 있었습니다. 프랑스의 유럽 싱크로트론 시설; 스위스의 지구화학 및 암석학 연구소, 독일의 실험 지구화학 및 지구물리학을 위한 바이에른 지구연구소; NASA의 제트 추진 연구소; 그리고 시카고 대학.

출처 : https://www.sciencedaily.com/