Вода, замерзла в темряві космосу, поводиться не так, як ми думали. Нове дослідження з використанням комп’ютерного моделювання та експериментів для вивчення найпоширенішої форми води у Всесвіті показало, що вона не така безструктурна, як вважали вчені. Виявляється, у замерзлій масі молекул, імовірно, існують впорядковані візерунки, або кристали, розміром всього в кілька нанометрів, пише T4.
Це відкриття стало великою несподіванкою, оскільки вчені вважали, що в космосі надто холодно, щоб кристали льоду мали достатньо енергії для формування. За словами фізика Майкла Бенедикта Девіса з Університетського коледжу Лондона та Кембриджського університету, тепер ми маємо краще уявлення про те, як виглядає на атомному рівні найпоширеніша форма льоду у Всесвіті. Це важливо, оскільки лід бере участь у багатьох космологічних процесах, наприклад, у формуванні планет, еволюції галактик та переміщенні матерії.
Вода, попри всю її необхідність для життя на Землі, є досить дивною речовиною. Вона поводиться не так, як інші рідини, і вчені ідентифікували близько 20 різних фаз, яких вона набуває в різних заморожених станах. Загалом, водяний лід поділяється на дві категорії. Кристалічний лід — це те, що ми маємо тут, на Землі, де атоми розташовані в акуратній кристалічній решітці. У космосі, як вважали вчені, лід мав би бути аморфним: замороженою масою атомів, безладно скупчених.
Проте деякі аналізи припускали, що принаймні деякі форми аморфного льоду можуть бути частково кристалічними, тому Девіс та його колеги провели комп’ютерне моделювання та експерименти для дослідження цього питання. Моделювання включало заморожування віртуальних контейнерів з молекулами води до температур близько -120°C з різною швидкістю. Різні швидкості заморожування створюють тверді тіла з різним співвідношенням аморфного та кристалічного льоду. Результати команди показали, що співвідношення, яке найкраще відповідає експериментам з рентгенівськими променями, становить близько 20 відсотків кристалічного та 80 відсотків аморфного льоду.
В експериментах дослідники створювали аморфний лід різними способами. У космосі вода не має рідкої форми, а замерзає безпосередньо з пари на поверхнях, наприклад, на камінні. Щоб імітувати цей процес, дослідники осаджували водяну пару на холодну поверхню. Вони також стискали лід за надзвичайно низьких температур, щоб створити аморфний лід вищої щільності. Потім дослідники нагрівали кожен зразок до точки, коли він мав би достатньо енергії для утворення кристалів.
Відомо, що лід може “пам’ятати” свою попередню структуру. Коли дослідники нагріли обидва свої зразки, вони виявили відмінності в структурі, які вказують на те, що аморфний лід містить кристали; якби їх не було, він би залишався повністю аморфним. Хоча ці експерименти проводилися на Землі, їхні результати є доказом того, що лід у космосі дійсно може містити крихітні ділянки кристалізації.
“Лід на Землі є космологічною диковинкою через наші теплі температури. Ви можете побачити його впорядковану природу в симетрії сніжинки. Лід у решті Всесвіту довго вважався знімком рідкої води — тобто, безладним розташуванням, зафіксованим на місці. Наші висновки показують, що це не зовсім так”, — каже фізико-хімік Крістоф Зальцманн з Університетського коледжу Лондона. Це відкриття має наслідки не лише для розуміння води в космосі, але й аморфних матеріалів загалом, які використовуються в багатьох передових технологіях, наприклад, у скловолокні для передачі даних. Якщо в них дійсно містяться крихітні кристали, і ми зможемо їх видалити, це покращить їхню продуктивність.
Читайте також, чому запах в Стародавньому Римі не сподобався б сучасним європейцям.
