Замерзла вода в космосі робить те, що вважалося неможливим: що виявили фізики

Учені вивчили найпоширенішу форму води у Всесвіті, яка називається аморфний лід. Виявилося, що ця замерзла вода в космосі не є безструктурною речовиною, як думали фізики. Аморфний лід все ж таки має кристалічну структуру і це відкриття стало великим сюрпризом для вчених. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review B, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Найпоширеніша форма льоду у Всесвіті

Раніше вчені вважали, що в космосі надто низька температура для того, щоб аморфний лід міг створювати всередині себе кристали, адже немає для цього необхідної енергії. Тобто аморфний лід не повинен мати кристалічну структуру, як лід на Землі. Але нове дослідження показало, що це не так.

Фізики вивчили аморфний лід, який існує у вигляді основного матеріалу в кометах, на крижаних супутниках і в хмарах пилу і газу, де утворюються зірки і планети. Виявилося, що космічний лід не є повністю аморфним і містить крихітні кристали шириною близько трьох нанометрів, що трохи ширше однієї нитки ДНК. Ці кристали, як показало дослідження, вбудовані в невпорядковану структуру аморфного льоду.

Фізики кажуть, що вони нарешті зрозуміли, який вигляд має найпоширеніша форма льоду у Всесвіті на атомному рівні. Це відкриття має велике значення, адже водяний лід бере участь в утворенні планет та еволюції галактик.

Аморфний лід не такий, як ми думали

Як відомо, вода поводиться не так, як інші рідини, і вона має близько 20 різних фаз у замороженому вигляді. Водяний лід ділиться на дві категорії. Кристалічний лід, де атоми розташовані в упорядкованій кристалічній решітці, можна побачити на Землі. Але аморфний лід, який знаходиться в космосі, повинен мати безладно згруповані атоми, вважали вчені раніше. Але виявилося, що деякі форми аморфного льоду можуть бути частково кристалічними. До цього висновку фізики дійшли за допомогою комп'ютерного моделювання та реальних експериментів.

Фізики створили моделювання води, де вони заморозили воду до мінус 120 градусів Цельсія з різною швидкістю. Різні швидкості заморожування призводять до утворення твердих тіл у різних пропорціях аморфного і кристалічного льоду, де частина льоду має організовану структуру, а частина — ні. У підсумку різна швидкість охолодження призвела до різних пропорцій кристалічного та аморфного льоду — 20% і 80% відповідно. Це підтвердило результати попереднього дослідження.

Після цього фізики провели експерименти з реальними зразками аморфного льоду, який був створений різними способами. У космосі вода не має рідкої форми, а перетворюється одразу з пари на лід і накопичується на частинках пилу в міжзоряних хмарах. Щоб імітувати цей процес, вчені поміщали водяну пару на холодну поверхню для заморожування.

Фізики також подрібнювали лід за надзвичайно низьких температур, щоб створити форму аморфного льоду з більш високою щільністю. Потім вчені нагрівали кожен лід до точки, в якій у нього було б достатньо енергії для утворення кристалів.

Відомо, що лід може "пам'ятати" свою попередню структуру, зокрема, порядок, у якому атоми водню були розташовані в кристалічному стані. Цей порядок може зберігатися навіть при зміні умов. Коли фізики нагріли аморфний лід, вони виявили відмінності в структурі, які вказують на те, що аморфний лід містить кристали.

Хоча експерименти проводилися на Землі, дослідження показує, що лід у космосі дійсно може містити крихітні ділянки кристалізації.

Як уже писав Фокус, фізики вперше виміряли версію часу,яку, як вважалося, виміряти просто неможливо.

Також Фокус писав про те, що нове дослідження припускає, що Земля стала придатною для життя завдяки гігантському удару, який створив Місяць.