Ученые на протяжении длительного времени считали, что так называемый космический лед представляет собой абсолютно хаотичную, аморфную структуру. Однако результаты нового исследования предлагают переосмыслить эту субстанцию.
Астрофизики из Университетского колледжа Лондона (UCL) и Кембриджского университета обнаружили, что лед, находящийся в космосе, на самом деле состоит из мельчайших кристаллов, и это открытие кардинально меняет существующие представления о его структуре и свойствах. Космическим льдом ученые обозначают аморфный лед низкой плотности — это наиболее распространенная форма льда во Вселенной, которая обнаруживается на кометах, ледяных спутниках и в пылевых облаках, где формируются звезды и планеты.
Ранее считалось, что при крайне низких температурах, присущих космосу, вода замерзает, не успевая создать кристаллическую решетку, что приводит к образованию аморфного льда, который является полностью неупорядоченным и не имеет структуры. Однако с помощью компьютерного моделирования исследователи установили, что структура космического льда совпадает с экспериментальными данными лишь в том случае, если в нем находятся нанокристаллы размером примерно три нанометра — это немного шире молекулы ДНК. Таким образом, этот лед можно охарактеризовать как смесь хаоса и порядка: основная масса действительно аморфная, но в хаотической массе присутствуют микроскопические упорядоченные участки.
Также ученые провели лабораторные эксперименты, воспроизводя лед различными способами — от осаждения водяного пара на охлажденную поверхность до медленного нагревания льда высокой плотности, полученного методом сжатия при сверхнизких температурах. В процессе перекристаллизации, когда аморфный лед постепенно превращается в кристаллический, специалисты заметили: структура новых кристаллов зависит от способа, которым был образован исходный лед. Это указывает на то, что даже в замерзшем состоянии лед сохраняет своего рода «память» о своем происхождении — что было бы невозможно в случае полностью хаотичной структуры вещества.
Это открытие не только уточняет структуру наиболее распространенного льда во Вселенной, но и имеет значительное значение для понимания космоса в целом. Например, оно ставит под сомнение один из вероятных сценариев возникновения жизни на Земле — гипотезу Панспермии. Согласно ей, строительные блоки жизни — аминокислоты — могли оказаться на Земле на борту ледяных комет, вмороженных в аморфный лед. Однако если такой лед частично кристаллизован, это означает, что в нем меньше свободного пространства для органических молекул. Тем не менее, в аморфных участках льда такая возможность все еще существует, считают исследователи.
Кроме того, полученные данные вынуждают ученых переосмыслить свойства аморфных материалов в общем. Например, характеристики оптоволокна, которое передает данные на большие расстояния именно благодаря своей аморфной природе. Если в таких материалах на самом деле находятся нанокристаллы, их удаление могло бы значительно повысить эффективность. Также перед учеными возникает вопрос о существовании на самом деле полностью аморфного льда — возможно ли его создание и какие будут его свойства?