Foto: X
Voda smrznuta u tamnim prostranstvima svemira očigledno se ne ponaša onako kako su naučnici do sada mislili. Novo istraživanje, koje je kombinovalo kompjuterske simulacije i laboratorijske eksperimente, pokazalo je da najrasprostranjeniji oblik vode u svemiru nije potpuno bez strukture. Umjesto toga, čini se da su u toj ledenoj masi ugrađeni sitni kristali, veličine svega nekoliko nanometara.
Do ovog otkrića se došlo nakon što se dugo vjerovalo da su uslovi u svemiru prehladni da bi molekuli leda mogli da se pravilno organizuju u kristalnu strukturu. Upravo zbog toga rezultati predstavljaju veliko iznenađenje.
Uključen u brojne kosmičke procese
„Sada imamo jasnu sliku o tome kako najčešći oblik leda u svemiru izgleda na atomskom nivou“, rekao je fizičar Michael Benedict Davies sa Univerzitetskog koledža u Londonu i Univerziteta u Cambridgeu. On je dodao da je ovo važno jer je led uključen u brojne kosmičke procese, od formiranja planeta do evolucije galaksija i kretanja materije kroz svemir.
Naučnici su već ranije identifikovali barem dvadesetak različitih faza koje voda poprima u smrznutom stanju. Generalno gledano, poznate su dvije glavne kategorije: kristalni led, kakav je prisutan na Zemlji, i amorfni led, za koji se pretpostavljalo da preovladava u svemiru jer se atomi u njemu raspoređuju bez ikakvog reda, prenosi Science Alert.
Detaljnije ispitivanje
Ipak, neka istraživanja su sugerisala da i amorfni led može djelimično sadržavati kristale. Zbog toga su Davies i njegov tim odlučili da to detaljnije ispitaju. Kroz simulacije su smrzavali virtuelne kontejnere s molekulima vode na temperature oko minus 120 stepeni Celzijusa, pri različitim brzinama hlađenja. Pokazalo se da brzina zamrzavanja utiče na omjer amorfnog i kristalnog leda.
Space frostwork on @Space_Station window#ISS pic.twitter.com/dOXimzkOmn
— Serg.Korsakov (@SergKorsakov) May 23, 2022
Prethodni eksperimenti sa X-zracima, koji su prolazili kroz amorfni led kako bi otkrili njegovu unutrašnju strukturu, upoređeni su s novim rezultatima. Analize su pokazale da je omjer koji se najbolje poklapa s tim testovima otprilike 20 posto kristalnog i 80 posto amorfnog leda.
Led može “pamtiti”
U laboratoriji su potom stvorili amorfni led na više načina. Jedna metoda je podrazumijevala taloženje vodene pare na hladnu površinu, slično načinu na koji se led formira na kosmičkim stijenama. Drugi pristup bio je drobljenje leda na ekstremno niskim temperaturama kako bi se dobila gušća verzija amorfnog leda. Nakon toga su oba tipa leda zagrijavali do tačke u kojoj molekuli imaju dovoljno energije da formiraju kristale.
Poznato je da led može „pamtiti“ svoj prijašnji raspored atoma vodonika čak i kada se uslovi promijene. Tokom zagrijavanja, istraživači su primijetili promjene koje potvrđuju da u amorfnom ledu postoje ugrađeni kristali – da nije tako, led bi ostao potpuno neuređen.
Razumijevanje vode
Iako su eksperimenti izvedeni na Zemlji, naučnici vjeruju da ovi rezultati pokazuju kako i led u svemiru vjerovatno sadrži male kristalne regije. To bi moglo promijeniti način na koji razumijemo vodu u svemiru, ali i druga amorfna stanja materijala.
„Led na Zemlji je prava kosmička zanimljivost zbog toplijih temperatura. U simetriji pahulje možemo vidjeti njegovu uređenost. Ali led u ostatku svemira dugo se smatrao smrznutim trenutkom tečne vode – dakle, potpuno neuređenom masom“, rekao je fizički hemičar Christoph Salzmann s Univerzitetskog koledža u Londonu. On je dodao da ovi rezultati otvaraju i nova pitanja o amorfnim materijalima uopšte, koji su bitni u mnogim naprednim tehnologijama. Na primjer, staklena vlakna za prenos podataka moraju biti amorfna, ali ako sadrže mikroskopske kristale, njihovo uklanjanje bi moglo poboljšati performanse.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Physical Review B.
About Author
