Водяной лёд покрывает многие тела внешней Солнечной системы – от ледяного спутника Юпитера Ганимеда (вверху) до межзвёздной пыли. На Земле лёд замерзает, образуя аккуратную кристаллическую решётку, но в условиях глубокого холода космоса предполагалось, что он образует полностью аморфное (стеклообразное) твёрдое тело. Новое исследование учёных из Университетского колледжа Лондона и Кембриджа ставит под сомнение эту картину. Их компьютерное моделирование и рентгеновские исследования космического льда «низкой плотности» показывают, что он на самом деле содержит мельчайшие кристаллические зерна. В некоторых моделях примерно 20–25% льда находилось в кристаллической форме, что опровергает давнее представление о полной бесструктурности космического льда.
Согласно статье, компьютерное моделирование космического льда показало, что он содержит нанокристаллы. В одном из подходов исследователи охлаждали виртуальную воду до –120 °C с разной скоростью, формируя модельные «кубики льда». В зависимости от скорости охлаждения, моделируемый лёд варьировался от полностью аморфного до частично упорядоченного. Структуры, в которых примерно 16–19% молекул находятся в крошечных кристаллических кластерах, наилучшим образом соответствовали опубликованным рентгеновским данным для льда низкой плотности. В другом моделировании тысячи нанометровых ледяных зёрен были упакованы вместе, а затем оставшиеся молекулы воды были рандомизированы. В результате получился лёд, кристаллический примерно на 25%, но при этом сохранилась известная дифракционная картина.
В лабораторных экспериментах учёные также создали настоящий аморфный лёд низкой плотности методом осаждения из паровой фазы и лёгкого сжатия. При медленном нагревании образцов для кристаллизации полученный лёд продемонстрировал «память» о методе своего образования.
Результаты исследования дают «хорошее представление о том, как выглядит наиболее распространённая форма льда во Вселенной на атомном уровне», что важно для моделей формирования планет и галактик. Они также влияют на теории происхождения жизни. Частично кристаллический лёд имеет меньше внутреннего пространства для удержания органических молекул, что потенциально делает его менее эффективным переносчиком аминокислот и других пребиотических соединений. Однако доктор Дэвис отмечает, что области полностью аморфного льда всё ещё существуют, поэтому частицы космической пыли и кометные льды могут продолжать содержать органические компоненты в этих неупорядоченных областях.