Невидимый архитектор Вселенной: как странный лёд строит планеты

Мы привыкли к льду в его земных формах: кубики в стакане, снежинки, ледники. Но за пределами нашей планеты водяной лёд существует в совершенно ином состоянии — аморфном, лишённом чёткой кристаллической структуры. И это открывает удивительные возможности для науки.

Космический лёд: не такой, как на Земле

Земной лёд имеет гексагональную решётку, из-за чего он менее плотный, чем вода, и плавает на её поверхности. Но в космосе всё иначе. Лёд там образуется в условиях экстремального холода и вакуума, приобретая аморфную структуру — хаотичную, без чёткого порядка.

Этот материал, известный как аморфный лёд низкой плотности (LDA), встречается в молекулярных облаках, кометах и других уголках Вселенной. Учёные долгое время считали его полностью бесструктурным, но последние исследования показали: даже в нём есть микроскопические кристаллы.

Зачем это изучать?

Вода — основа жизни, но её космические формы до сих пор хранят загадки. Исследование аморфного льда помогает понять:

• как формируются планеты и галактики.
• как движется материя во Вселенной.

Возможна ли панспермия — гипотеза о переносе жизни через ледяные кометы.
Группа учёных из Университетского колледжа Лондона под руководством Майкла Дэвиса провела компьютерное моделирование и выяснила: LDA-лёд не полностью аморфен. В нём есть кросс-кристаллические области, что меняет представление о его свойствах.

"Лёд играет ключевую роль в космологических процессах, — говорит Дэвис. — Он участвует в формировании планет, эволюции галактик и движении материи".

Открытие льда средней плотности

В 1930-х годах обнаружили лёд низкой плотности, в 1980-х — высокой плотности. В 2023-м команда Дэвиса открыла промежуточную форму, плотность которой совпадает с жидкой водой.

Парадокс: такой лёд не тонет и не всплывает — он остаётся в толще воды, что кажется протиречивым нашему земному опыту.

Теория панспермии предполагает, что жизнь на Землю могла быть занесена кометами. Но новое исследование ставит это под сомнение:

"LDA-лёд — не лучший переносчик молекул жизни, — объясняет Дэвис. — В его частично кристаллической структуре меньше места для органических соединений. Хотя аморфные участки всё же могут их удерживать".

Лёд — материал будущего

Помимо астробиологии, аморфный лёд имеет практическое значение:

• защита космических кораблей от радиации.
• источник топлива (разложение на водород и кислород).
• изучение других аморфных материалов, например, стекловолокна и OLED-технологий.

"Наши результаты меняют взгляд не только на лёд, но и на аморфные материалы в целом", — отмечает соавтор исследования профессор Кристоф Зальцманн.

Как проводили эксперименты?

Учёные смоделировали два варианта воды, заморозив её при -120°C с разной скоростью. Результат:

• разная доля кристаллического и аморфного льда.
• обнаружение LDA-льда с 25% кристаллической массы.

Это доказало: аморфный лёд сохраняет "память" о прошлых состояниях, что противоречит прежним представлениям.