Для астрономов изучение "космического льда" – его молекулярного состава и процесса формирования, может стать ключом к пониманию не только внеземной геологии, но и потенциала для возникновения инопланетной жизни.
В исследовании, опубликованном в понедельник в журнале Physical Review B, учёные из Англии сообщают, что космический лёд вероятно содержит бесчисленное количество крошечных кристаллов внутри и менее жидкоподобен, чем астрономы считали ранее. По крайней мере, так показывают компьютерные симуляции и экспериментальные воспроизведения. Это открытие меняет нынешнее понимание поведения льда в холодных просторах глубокого космоса и может повлиять на теории формирования планет, химию комет и даже происхождение жизни.
Майкл Б. Дэвис, физик из Университетского колледжа Лондона (UCL) и ведущий автор исследования заявил:
Теперь у нас есть хорошее представление о том, как выглядит на атомном уровне самая распространённая форма льда во Вселенной. Это важно, поскольку лёд участвует во многих космологических процессах, например, в формировании планет, эволюции галактик и перемещении материи по Вселенной.
Космос радикально отличается от мест, где мы находим лёд на Земле, будь то морозильная камера или Антарктида. В космосе, который существует в условиях, близких к вакууму, температуры могут быть как невероятно высокими, так и жестоко низкими. Поэтому астрономам казалось логичным, что космический лёд не содержит достаточно энергии для формирования чего-либо похожего на аккуратные, сотообразные кристаллы, которые мы видим на Земле. Скорее, колеблющиеся условия должны, теоретически, производить странную, абстрактную форму.
Новое исследование опровергает это предположение, указывая на противоположное для низкоплотного аморфного льда – самой распространённой формы во Вселенной, обычно находящегося на кометах, ледяных лунах и в пылевых облаках вблизи молодых звёзд и планет. Команда создала несколько моделей, имитирующих температурные условия, при которых, вероятно, формировался лёд, а затем сравнила результаты с доступными рентгеновскими данными предыдущих измерений реальных образцов льда.
Удивительно, но лучшее соответствие показала модель, в которой лёд демонстрировал определённый уровень нанокристаллической организации – крошечные кристаллы, немного шире одной нити ДНК, которые оказались встроенные в его структуру. Это противоречит давнему убеждению, что космический лёд полностью аморфен, то есть не имеет определённой формы.
Для проверки своей работы исследователи также попытались провести обратный инжиниринг реальных образцов аморфного льда, сформированных разными способами. Они обнаружили, что каждый кристалл имел чёткую "память" о том, как он формировался. Это было бы возможно только в том случае, если бы у ледяных кристаллов изначально была какая-то структура, заключили исследователи в статье.
Лёд в остальной части Вселенной долгое время считался снимком жидкой воды – то есть, неупорядоченным расположением, зафиксированным на месте. Наши выводы показывают, что это не совсем так.— соавтор Кристоф Зальцман, химик из Университетского колледжа Лондона (UCL)
Команда надеется, что эти новые данные будут информировать будущие исследования космоса для теоретиков, экспериментаторов и инженеров. Во-первых, лучшее понимание формирования космического льда может помочь в пересмотре климатических моделей для ледяных лун или комет. Но это также может уточнить наше понимание самой воды, отметил соавтор исследования Ангелос Михаэлидес. Михаэлидес, химик из Кембриджского университета в Англии, добавил, что аморфные льды могут быть ключом к объяснению некоторых из многочисленных аномалий воды.
В более практическом применении, своеобразность космического льда может сделать его полезным как потенциально высокоэффективный материал в космосе.