太空中的冰可以做我们认为不可能的事情

在太空的黑暗中结冰的水似乎并不像我们想象的那样。

一项新的研究工作使用计算机模拟和实验来探索宇宙中最常见的水形式，发现它并不像科学家想象的那样无结构。相反，只有几纳米宽的重复图案（也称为晶体）可能嵌入到原本冻结的杂乱分子中。

由于科学家们认为太空太冷，冰晶没有能量形成，因此这一发现令人惊讶。

“我们现在对宇宙中最常见的冰在原子水平上是什么样子有了一个很好的了解。”物理学家迈克尔·本尼迪克特·戴维斯 （Michael Benedict Davies） 说伦敦大学学院和英国剑桥大学。

“这很重要，因为冰参与许多宇宙学过程，例如行星如何形成、星系如何演化以及物质如何围绕宇宙运动。”

相关：科学家发现了一种奇怪的新型冰，它可能会改变我们对水的看法

没有办法绕过它：尽管水是地球上生命所必需的，但它是相当奇怪的东西。它与其他液体的行为不同，科学家们至少已经确定了20 个左右不同的阶段它会在各种冰冻条件下呈现。

从广义上讲，水冰分为两个不同的类别。结晶冰是我们在地球上拥有的，原子排列成纯晶格.科学家们认为，在太空中，冰应该是无定形的：原子全部聚集在一起的冻结团聚体higgledy-piggledy和 any-which-way。

然而一些分析表明至少某些形式的无定形冰可能是部分结晶的，因此 Davies 和同事进行了计算机模拟和实验来调查。

太空霜@Space_Station窗#ISSpic.twitter.com/dOXimzkOmn

— Serg.Korsakov （@SergKorsakov）5月 23， 2022

模拟涉及以不同的速率将装有水分子的虚拟容器冻结到 -120 摄氏度（-184 华氏度）左右的温度。不同的冻结速率会产生不同比例的无定形冰和结晶冰的固体，其中一些冰排列成整齐的网格，而另一些则不是。

以前的研究有向无定形冰投掷 X 射线通过光束从材料内部反弹的方式来辨别其结构。该团队的结果表明，与这些实验最匹配的比例约为 20% 的结晶和 80% 的非晶。

在他们的实验中，研究人员以不同的方式创造了无定形的冰。在太空中，水没有液态，而是直接冻结来自 Vapor到表面（如岩石）上。为了模拟这个过程，研究人员将水蒸气沉积在寒冷的表面上以冻结。

他们还在极冷的温度下粉碎冰，以产生更高密度的无定形冰。然后，研究人员将每块冰加热到它有足够的能量形成晶体的程度。

众所周知，冰可以'remember' 它以前的结构;具体来说，就是它的氢原子在结晶状态下的排列顺序。即使条件发生变化，也可以保留该顺序。

当研究人员对他们的两块冰进行加热时，他们发现结构上的差异表明无定形冰含有晶体：如果没有，它将保持完全无定形。

尽管这些实验是在地球上进行的，但这些发现构成了证据太空中的冰研究人员说，可能确实包含微小的结晶区域。这不仅对理解太空中的水有影响，而且对一般的无定形材料也有影响。

“由于我们温暖的温度，地球上的冰是一种宇宙学上的奇观奇特。您可以在雪花的对称性中看到它的有序性质。长期以来，宇宙其余部分的冰一直被认为是液态水的快照——即固定到位的无序排列。我们的研究结果表明这并不完全正确。物理化学家 Christoph Salzmann 说伦敦大学学院。

“我们的结果也提出了关于非晶材料的一般问题。这些材料在许多先进技术中具有重要用途。例如，长距离传输数据的玻璃纤维需要是无定形的或无序的，才能实现其功能。如果它们确实含有微小的晶体，我们可以去除它们，这将提高它们的性能。

该研究已发表在物理评论 B.

宝宝起名 起名