Po desetiletí se vědci domnívali, že vesmírný led nemá žádnou strukturální organizaci. Nový výzkum však tyto tradiční předpoklady rozvrací.
Toto přesvědčení vycházelo z představy, že extrémně nízké teploty ve vesmíru brání vzniku organizovaných krystalických vzorců. Nejnovější analýzy však naznačují, že voda zmrzlá ve vesmíru se může chovat zcela jinak, než jsme si dosud představovali.
Tato zjištění slibují převrat v našem chápání jednoho z nejrozšířenějších materiálů ve vesmíru. Není divu, že led hraje klíčovou roli v základních kosmologických a geologických procesech, od vzniku planet až po vývoj galaxií.
Skryté krystaly zpochybňují desítky let staré vědecké teorie
Navzdory všeobecnému přesvědčení není vesmírný led zcela neuspořádanou hmotou zmrzlých molekul. Podle časopisu Physical Review B nové počítačové simulace odhalily, že tento materiál obsahuje krystalické vzory o velikosti pouhých několika nanometrů, které jsou zakomponovány do jeho zdánlivě chaotické struktury.
Toto odhalení je důležitým zvratem v našem chápání vesmíru, protože led představuje nejběžnější formu, kterou voda ve vesmíru nabývá. Michael Benedict Davies, fyzik z University College London a University of Cambridge, vysvětluje, že nyní máme jasnou představu o tom, jak tento materiál vypadá na atomární úrovni.
Tento objev je navíc obzvláště důležitý, když uvážíme, že led se podílí na základních kosmologických procesech. Tento materiál ovlivňuje vývoj vesmíru způsobem, kterému teprve začínáme rozumět, od vzniku planet až po pohyb hmoty vesmírem.
Aby vědci dospěli k těmto závěrům, vytvořili simulace, které zmrazily virtuální nádoby s molekulami vody až na teplotu -120 stupňů Celsia. Během tohoto procesu pozorovali, že při různých rychlostech mrznutí vzniká různý podíl amorfního a krystalického ledu.
Souběžně s tím prováděli fyzikální experimenty, při nichž byly rekonstruovány podmínky ve vesmíru. Ukládali vodní páru na chladné povrchy, aby napodobili proces probíhající ve vesmíru, kde voda mrzne přímo z plynného stavu bez přechodu do kapalného.
Výsledky ukázaly, že přibližně 20 % ledu má krystalickou strukturu, zatímco zbývajících 80 % si zachovává amorfní uspořádání. To je v pozoruhodné shodě s předchozími rentgenovými analýzami.
Experimenty také odhalily, že led si dokáže „pamatovat“ svou předchozí strukturu a zachovává si pořadí atomů vodíku i při změně podmínek. Tato strukturní paměť vysvětluje, proč vesmírný led obsahuje krystalizované oblasti, které se dříve považovaly za nemožné.
Christoph Salzmann, fyzikální chemik z University College London, zdůrazňuje, že tato zjištění jsou výzvou nejen pro naše chápání vesmírného ledu, ale i amorfních materiálů obecně. Takové objevy by mohly zlepšit výkon pokročilých technologií, které jsou závislé na neuspořádaných materiálech, jako jsou skleněná vlákna používaná v telekomunikacích.
Důsledky pro vědu a techniku
Objev těchto krystalů ve vesmírném ledu je nejen průlomem v chápání chemie vody ve vesmíru, ale mohl by mít také významné důsledky pro astrobiologii. Krystalická struktura ledu by mohla ovlivnit organickou chemii ve vesmíru, což by zase mohlo mít vliv na vznik prebiotických molekul, které jsou nezbytné pro vývoj života.
Kromě toho by toto zjištění mohlo mít praktické využití na Zemi. Pochopení vlastností amorfního a krystalického ledu by mohlo inspirovat nové techniky při výrobě supravodivých materiálů a při návrhu účinnějších systémů pro skladování energie. Studium vlastností ledu by například mohlo pomoci zlepšit účinnost vodíkových palivových článků, slibné technologie pro skladování čisté energie.
V oblasti výzkumu vesmíru by poznání chování ledu v extrémních podmínkách mohlo vědcům pomoci vyvinout lepší modely pro předpovídání klimatu a geologie jiných planet a měsíců, jako je například Europa, ledový měsíc Jupiteru, o němž se předpokládá, že pod svým zmrzlým povrchem ukrývá oceán.
Tento průlom v chápání vesmírného ledu nejen zpochybňuje stávající teorie, ale také otevírá nové cesty výzkumu a technologického vývoje, které mohou mít dopad jak na základní vědu, tak na praktické aplikace na Zemi i mimo ni.