你見過冬天的雪花嗎?六邊形的對稱結構像精雕細琢的藝術品,這是地球冰的“有序密碼”。
但你知道宇宙里的冰長什么樣嗎?過去幾十年,科學家一直認為,在彗星、冰衛星和星際塵埃中常見的“宇宙冰”是一團“亂麻”——沒有固定結構的“無定形冰”。可最近,英國倫敦大學學院(UCL)和劍橋大學的科學家卻發現:這團“亂麻”里竟藏著無數“DNA級”小晶體!
宇宙冰的“隱藏身份”:不是“亂麻”是“水晶球”
在零下120℃的極端低溫下,宇宙中的水凍結時無法像地球冰那樣“慢慢來”形成規則晶體,因此長期被認為是“無定形”(無固定結構)的。但發表在《物理評論B》上的新研究徹底打破了這一認知。
科學家通過兩組關鍵實驗,揭開了宇宙冰的“真面目”:
計算機模擬:他們用程序“冷凍”虛擬的水分子“盒子”,以不同速率冷卻到-120℃。結果發現,當冰中含有約20%的微小晶體(直徑僅3納米,和DNA單鏈寬度差不多)、80%無定形結構時,其原子排列與X射線衍射實驗數據完美吻合。
真實冰樣加熱實驗:團隊用不同方法制備了多份低密度無定形冰(比如模擬星際塵埃上的水凝結,或高壓低溫下“壓碎”普通冰)。當緩慢加熱這些冰時,它們最終形成的晶體結構竟各不相同——如果冰是完全無定形的,加熱后應該“忘記”最初形態,而實驗結果說明:冰里早就藏著“記憶”,也就是微小的晶體。
這顆“小晶體”,可能動搖宇宙和生命的故事
別小看這3納米的小晶體,它可能改寫我們對宇宙演化和生命起源的理解:
1.宇宙“搬運工”的新角色
冰是宇宙中物質運輸的“主力”。從行星形成時的塵埃聚集,到星系間物質交換,冰的結構直接影響“搬運效率”。過去認為無定形冰像“海綿”能吸住分子,但現在發現它含有晶體——晶體結構更緊密,“存儲空間”反而更小。
2.生命起源理論的新挑戰
有一個叫“泛種論”的假說認為:地球生命的“種子”(比如氨基酸)可能是彗星上的冰“快遞”來的。但新研究指出,含晶體的冰可能不是好“快遞盒”——晶體擠占了空間,分子更難被包裹。不過科學家也留了個“后門”:冰中仍有大量無定形區域,或許能成為生命分子的“避風港”。
3.從宇宙到地球:技術應用的新啟發
無定形材料在光纖通信中至關重要(比如玻璃纖維需要無序結構傳輸數據)。如果這些材料里也藏著小晶體,去除它們可能大幅提升性能——宇宙冰的研究,竟為地球科技提供了新思路!
水的奧秘,藏在冰里?
“水是生命之源,但我們對它的了解還很淺。”劍橋大學的AngelosMichaelides教授說,“無定形冰可能是解開水分子‘反常特性’的關鍵——比如為什么冰會浮在水上?為什么水的比熱容特別大?”
這次發現只是冰山一角(劃掉,冰星一角)。科學家現在更困惑了:宇宙中真的存在“完全無定形”的冰嗎?晶體的大小會隨形成方式變化嗎?這些問題,可能需要更多望遠鏡、探測器和實驗室的協作才能解答。
下次抬頭看夜空時,不妨想想那些閃爍的星云中,可能漂浮著無數“藏著小晶體的冰顆粒”——它們不僅見證了宇宙的演化,或許還悄悄參與了生命的誕生。
你對這次宇宙冰的新發現有什么看法?
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