Ученые из Университетского колледжа Лондона и Кембриджа выяснили, что космический лед — не просто бесформенная масса, как считалось раньше. В нем есть крошечные кристаллы, и это меняет представление о том, как он ведет себя в кометах, на спутниках планет и в межзвездных облаках.

Результаты опубликованы в издании Physical Review B.

Раньше думали, что космический лед — аморфный, то есть его молекулы расположены хаотично, как в жидкости. Но новое исследование показало: даже в таком льду есть упорядоченные участки — кристаллы размером около 3 нанометров (чуть шире нити ДНК). Это обнаружили с помощью компьютерного моделирования и экспериментов с разными видами льда.

Аморфный лед — это форма льда, где молекулы воды расположены беспорядочно, как в жидкости, но при этом вещество остается твердым. Он не имеет четкой кристаллической решетки, как обычный лед на Земле.

Почему это важно

• Лед в космосе участвует в образовании планет и переносе вещества.
• Если в нем есть кристаллы, значит, он может по-другому взаимодействовать с молекулами, например, с теми, из которых могла зародиться жизнь.

Один из авторов работы, Майкл Дэвис, объясняет:

Теперь мы знаем, как выглядит самый распространенный во Вселенной лед. Это важно для понимания того, как формируются планеты и как материя движется в космосе.

А как насчет теории панспермии

Некоторые ученые предполагают, что жизнь на Землю могла быть занесена кометой, в льду которой сохранились «кирпичики жизни» — простые аминокислоты.

Но если лед частично кристаллический, в нем меньше места для таких молекул.

Хотя теория все еще может быть верна, ведь в аморфных участках молекулы могли сохраниться, — добавляет Дэвис.

Что еще интересного

• Лед на Земле — редкость: из-за тепла он всегда кристаллический.
• Аморфные материалы (например, стекло) используются в технологиях. Если в них есть скрытые кристаллы, их можно удалить и улучшить свойства.

Как это узнали

Ученые смоделировали замерзание воды при -120°C и увидели, что лед получается на 20% кристаллическим. Потом проверили на реальных образцах — нагрели аморфный лед, и он начал кристаллизоваться по-разному в зависимости от происхождения. Значит, даже в «хаотичном» льду есть следы порядка.

Теперь предстоит выяснить:

• Меняется ли размер кристаллов в зависимости от условий образования льда?
• Существует ли вообще полностью аморфный лед?

Как говорит соавтор исследования Ангелос Михаилидес:

Вода — основа жизни, но мы до сих пор не до конца понимаем ее. Возможно, разгадка кроется в аморфных льдах.

Это исследование может принести практическую пользу в нескольких областях:

1. Космические технологии — если лед в космосе содержит кристаллы, это влияет на его свойства как защитного экрана от радиации или источника топлива (разложение на водород и кислород).
2. Материаловедение — понимание структуры аморфных льдов поможет улучшить свойства стекла, оптических волокон и других материалов.
3. Астробиология — если лед менее «вместительный» для органических молекул, значит, теория панспермии требует пересмотра.

Исследование опирается на моделирование и косвенные признаки кристалличности (разница в рекристаллизации). Прямых доказательств, например, с помощью электронной микроскопии, пока нет. Кроме того, эксперименты проводились в земных условиях — как ведет себя лед в реальном космосе, где давление и температура иные, остается открытым вопросом.

Ранее ученые открыли новый механизм превращения воды в лед.