Les traînées rouges qui sillonnent la surface d’Europe, l’une des lunes de Jupiter, sont saisissantes. Les scientifiques soupçonnent qu’il s’agit d’un mélange congelé d’eau et de sels, mais sa signature chimique est mystérieuse car elle ne correspond à aucune substance connue sur Terre.
Une équipe dirigée par l’Université de Washington a peut-être résolu l’énigme en découvrant un nouveau type de cristal solide qui se forme lorsque l’eau et le sel de table se combinent dans des conditions de froid et de haute pression. Les chercheurs pensent que la nouvelle substance créée dans un laboratoire sur Terre pourrait se former à la surface et au fond des océans profonds de ces mondes.
L’étude, publiée le 20 février dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesannonce une nouvelle combinaison pour deux des substances les plus courantes sur Terre : l’eau et le chlorure de sodium, ou sel de table.
« Il est rare de nos jours d’avoir des découvertes fondamentales en science », a déclaré l’auteur principal Baptiste Journaux, professeur adjoint par intérim de l’UW en sciences de la Terre et de l’espace. « Le sel et l’eau sont très bien connus dans les conditions terrestres. Mais au-delà de cela, nous sommes totalement dans le noir. Et maintenant nous avons ces objets planétaires qui ont probablement des composés qui nous sont très familiers, mais dans des conditions très exotiques. Nous Il faut refaire toute la science minéralogique fondamentale que les gens faisaient dans les années 1800, mais à haute pression et à basse température. C’est une époque passionnante.
À des températures froides, l’eau et les sels se combinent pour former un réseau glacé salé rigide, connu sous le nom d’hydrate, maintenu en place par des liaisons hydrogène. Le seul hydrate connu auparavant pour le chlorure de sodium était une structure simple avec une molécule de sel pour deux molécules d’eau.
Mais les deux nouveaux hydrates, trouvés à des pressions modérées et à de basses températures, sont étonnamment différents. On a deux chlorures de sodium pour 17 molécules d’eau ; l’autre a un chlorure de sodium pour 13 molécules d’eau. Cela expliquerait pourquoi les signatures de la surface des lunes de Jupiter sont plus « aqueuses » que prévu.
« Il a la structure que les scientifiques planétaires attendaient », a déclaré Journaux.
La découverte de nouveaux types de glace salée est importante non seulement pour la science planétaire, mais aussi pour la chimie physique et même la recherche énergétique, qui utilise des hydrates pour le stockage de l’énergie, a déclaré Journaux.
L’expérience consistait à comprimer un tout petit peu d’eau salée entre deux diamants de la taille d’un grain de sable, pressant le liquide jusqu’à 25 000 fois la pression atmosphérique standard. Les diamants transparents ont permis à l’équipe d’observer le processus à travers un microscope.
« Nous essayions de mesurer comment l’ajout de sel modifierait la quantité de glace que nous pourrions obtenir, car le sel agit comme un antigel », a déclaré Baptiste. « Étonnamment, lorsque nous avons mis la pression, ce que nous avons vu, c’est que ces cristaux auxquels nous ne nous attendions pas ont commencé à croître. C’était une découverte très fortuite. »
De telles conditions de froid et de haute pression créées en laboratoire seraient courantes sur les lunes de Jupiter, où les scientifiques pensent que 5 à 10 kilomètres de glace couvriraient des océans jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres d’épaisseur, avec des formes de glace encore plus denses possibles au fond.
« La pression ne fait que rapprocher les molécules, de sorte que leur interaction change – c’est le principal moteur de la diversité des structures cristallines que nous avons trouvées », a déclaré Journaux.
Une fois les hydrates nouvellement découverts formés, l’une des deux structures est restée stable même après la libération de la pression.
« Nous avons déterminé qu’il reste stable à la pression standard jusqu’à environ moins 50°C. Donc, si vous avez un lac très saumâtre, par exemple en Antarctique, qui pourrait être exposé à ces températures, cet hydrate nouvellement découvert pourrait y être présent », a-t-il ajouté. dit Journaux.
L’équipe espère fabriquer ou collecter un échantillon plus important pour permettre une analyse plus approfondie et vérifier si les signatures des lunes glacées correspondent aux signatures des hydrates nouvellement découverts.
Deux missions à venir exploreront les lunes glacées de Jupiter : l’Agence spatiale européenne Explorateur des lunes glacées de Jupiter mission, lancée en avril, et la NASA Clipper Europe mission, lancement pour octobre 2024. NASA’s Mission libellule se lance sur Titan, la lune de Saturne, en 2026. Savoir quels produits chimiques ces missions rencontreront aidera à mieux cibler leur recherche de signatures de vie.
« Ce sont les seuls corps planétaires, autres que la Terre, où l’eau liquide est stable aux échelles de temps géologiques, ce qui est crucial pour l’émergence et le développement de la vie », a déclaré Journaux. « Ils sont, à mon avis, le meilleur endroit de notre système solaire pour découvrir la vie extraterrestre, nous devons donc étudier leurs océans et intérieurs exotiques pour mieux comprendre comment ils se sont formés, ont évolué et peuvent retenir l’eau liquide dans les régions froides du système solaire. , si loin du soleil. »
Plus d’information:
Journaux, Baptiste, Sur l’identification des hydrates de chlorure de sodium hyperhydratés, stables aux conditions de lune glacée, Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2217125120