Bild https://www.ucl.ac.uk/ I studien använde forskarna två datormodeller
av vatten. De frös ner dessa virtuella "lådor" av vattenmolekyler
genom att kyla ner dem till -120 grader Celsius i olika hastigheter. De olika
avkylningshastigheterna ledde till varierande proportioner av kristallin och
amorf is.
Is i rymden skiljer sig från den kristallina (mycket
ordnade) formen av is som finns på jorden. I årtionden har forskare antagit att
den är amorf (utan struktur), på grund av kallare temperaturer i universum vilket
innebär att den inte har tillräckligt med energi för att bilda ordande kristaller när
den fryser.
I den nya studien, som publicerats i Physical ReviewB visas hur forskarna undersökt den vanligaste formen av is i universum, amorf is med låg densitet. Vilket är den is, som finns i kometer, på isiga månar och i moln av stoftet där stjärnor och planeter bildas.
De fann genom datorsimuleringar att denna is bäst
stämde överens med mätningar från tidigare experiment som visat att isen inte var helt
amorf utan innehöll små kristaller (cirka tre nanometer breda, något bredare än
en enda DNA-sträng) inbäddade i dess oordnade strukturer.
I experimentellt arbete omkristalliserade de också
(värmde upp) verkliga prover av amorf is som hade bildats på olika sätt. De
fann att den slutliga kristallstrukturen varierade beroende på hur den amorfa
isen hade uppstått. Om isen hade varit helt amorf (helt oordnad), drog
forskarna slutsatsen att den inte hade kvar något avtryck av sin tidigare form.
Huvudförfattare till studien Dr Michael B. Davies,
som gjorde arbetet som en del av sin doktorsexamen vid UCL Physics &
Astronomy och University of Cambridge, beskriver: "Vi har nu en god
uppfattning av hur den vanligaste formen av is i universum ser ut på atomnivå.
– Det är viktigt eftersom is är involverad i många
kosmologiska processer, till exempel i hur planeter bildas, hur galaxer
utvecklas och hur materia rör sig i universum.
Fynden har också betydelse för en spekulativ teori
om hur livet på jorden började. Enligt denna teori, känd som Panspermia, kom
livets byggstenar hit på en iskomet, med amorf is med låg densitet i vilken
ingredienser som enkla aminosyror transporterades.
– Våra resultat tyder på att den här isen skulle
vara ett mindre bra transportmaterial för dessa molekyler som kan bilda liv.
Det beror på att en delvis kristallin struktur har mindre utrymme där dessa
ingredienser kan bli inbäddade beskriver Davies.
Panspermia teorin kan dock likväl stämma då det
finns amorfa områden i isen där livets byggstenar kan fångas in och lagras.
Medförfattare professor Christoph Salzmann vid UCL
Chemistry, beskriver: "Is på jorden är en kosmologisk kuriositet på grund
av våra varma temperaturer. Du kan se dess ordnade natur i symmetrin hos en
snöflinga.
– Is i resten av universum har länge betraktats som
en ögonblicksbild av flytande vatten. Det vill säga ett oordnat arrangemang
som är fixerat på plats. Våra resultat visar att detta inte är helt sant.
– Det väcker också frågor om amorfa
material i allmänhet. Dessa material har viktiga användningsområden inom mycket
avancerad teknik. Till exempel måste glasfibrer som transporterar data långa
sträckor vara amorfa, (oordnade) för att fungera. Om de innehåller små kristaller
och vi kan ta bort dem kommer det att förbättra fibrers prestanda."
Medförfattare till studien professor Angelos Michaelides vid University of Cambridge, beskriver: "Vatten är grunden för liv, men vi
förstår det fortfarande inte fullt ut. Amorfa isar kan vara nyckeln till att
förklara några av vattnets många anomalier.
