Chemicy odkryli nową formę lodu
Nowa forma lodu to lód amorficzny o średniej gęstości (MDA). W przeciwieństwie do zwykłego lodu krystalicznego, w którym molekuły układają się w regularny wzór, w lodzie amorficznym molekuły występują w formie zdezorganizowanej, przypominającej ciecz.
Amorficzny lód o średniej gęstości nie był nigdy wcześniej widziany. Teraz naukowcom z University of Cambridge i University College London udało się go stworzyć laboratoryjnie.
Na Ziemi spotykamy zazwyczaj trzy formy wody: stałą, ciekłą i gazową. Na naszej planecie lód stały występuje głównie w jednej odmianie, w której cząsteczki wody układają się w uporządkowaną i powtarzalną strukturę krystaliczną. Teraz naukowcy odkryli 19 innych odmian lodu wodnego, które mogą występować w całym Wszechświecie. Jedna klasa lodu w ogóle nie opiera się na powtarzających się strukturach. Jest to tak zwany lód amorficzny. Naukowcy od dziesięcioleci znali dwa jego rodzaje, zwane lodem amorficznym o niskiej i wysokiej gęstości. Jednak niedawno zespół chemików wykorzystał niezwykle proste eksperymenty i stworzył zupełnie nową formę lodu amorficznego, który nazwali lodem amorficznym o średniej gęstości (MDA). Aby stworzyć nowy lód, zespół umieścił lód schłodzony do -255 stopni Celsjusza w pojemniku z małymi stalowymi kulkami. Następnie użyli maszyny do energicznego potrząsania pojemnikiem 20 razy na sekundę. W wyniku potrząsania udało się zniszczyć strukturę kryształu. Zamiast jednak uzyskać masę maleńkich kawałków lodu, naukowcom udało się uzyskać coś zupełnie nowego i o niezwykłych właściwościach.
Lód amorficzny może być najbardziej rozpowszechnioną formą lodu we Wszechświecie, ponieważ warunki do tworzenia lodu o regularnej, powtarzalnej strukturze mogą istnieć tylko w specjalnych miejscach, takich jak powierzchnia Ziemi. Większość komet i zewnętrznych księżyców Układu Słonecznego może być wypełniona amorficznym lodem – choć astronomowie muszą to jeszcze udowodnić. Problem w tym, że z dużej odległości lód amorficzny wygląda jak zwykły lód. Gdy komety zbliżają się do Ziemi na tyle, że możemy je dokładnie obserwować, ich powierzchnie wyparowują pod wpływem promieniowania słonecznego, co uniemożliwia nam poznanie rodzajów zawartego w nich lodu.
Naukowcy odkryli, że kiedy podgrzali MDA, zamienił się on z powrotem w regularną sieć krystaliczną, uwalniając zaskakującą ilość ciepła. Ponieważ MDA ma prawie taką samą gęstość jak woda, może to mieć ogromne implikacje dla natury lodowych księżyców takich jak Europa i Ganimedes. Uważa się, że światy te mają grube lodowe skorupy otaczające rozciągające się na całym globie oceany ciekłej wody. Ponieważ ciekła woda jest warunkiem istnienia życia, jakie znamy, to właśnie te światy są głównymi kandydatami do poszukiwania oznak życia w przeszłości lub obecnie.
Odległość tych księżyców od Słońca i niskie temperatury oznaczają, że chemia ich lodu i wody jest zupełnie inna niż na Ziemi. Przykładowo nagłe zmiany temperatury mogłyby szybko stopić MDA, wywołując ruchy tektoniczne w gigantycznych pokrywach lodowych księżyców i całkowicie zmienić granice między lodem a cieczą w ich wnętrzach.
Jedynym sposobem na zbadanie natury wody na tych odległych światach jest udanie się tam. Misja Europejskiej Agencji Kosmicznej Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) ma wystartować 13 kwietnia 2023 roku, a znaleźć się na orbicie wokół Jowisza w 2031 roku. Dzięki temu będzie mogła dokładnie zbadać te księżyce – Europę i Ganimedesa. Również NASA szykuje się do własnej misji – Europa Clipper – która ma wystartować w 2024 roku. Misje te nie będą tylko poszukiwały oznak życia, będą również w stanie dokładnie zbadać wszelkie formy lodu, który pokrywa satelity Jowisza, a także pobrać próbki pióropuszy lodu wodnego, które od czasu do czasu wybuchają z powierzchni Europy. Jeśli formy lodu na tych księżycach odpowiadają tym z MDA, wtedy będziemy musieli kontynuować badania tej dziwnej nowej formy lodu, aby lepiej zrozumieć warunki – i potencjalną możliwość zamieszkania – księżyców w zewnętrznym Układzie Słonecznym.
Opracowano na podstawie:
New form of ice is like a snapshot of liquid water
Medium-density amorphous ice
Scientists create new form of ice that might exist on ocean moons
