Priviți un fulg de zăpadă și veți vedea ordinea întruchipată. O simetrie hexagonală perfectă, o dovadă a modului în care moleculele de apă, aici pe Pământ, iubesc să se aranjeze în rețele cristaline elegante. Timp de decenii, am presupus că în spațiu, povestea este complet diferită. Acolo, în vidul înghețat dintre stele, apa ar trebui să fie o masă haotică, o aglomerare dezordonată de molecule înghețate instantaneu – o gheață amorfă. Dar dacă această imagine, acceptată de atât de mult timp, este fundamental incompletă?
Gheața în spațiu: o descoperire revelatoare
O nouă cercetare, publicată în prestigioasa revistă Physical Review B, zguduie din temelii această convingere. O echipă de fizicieni de la University College London și Universitatea Cambridge sugerează că cea mai comună formă de gheață din Univers nu este atât de lipsită de structură pe cât se credea. Dimpotrivă, încorporată în acest haos aparent, se ascunde o ordine neașteptată: mici insule de cristal, cu dimensiuni de doar câțiva nanometri. Descoperirea este surprinzătoare, deoarece consensul științific era că spațiul este pur și simplu prea rece, prea lipsit de energie, pentru ca aceste cristale să aibă șansa de a se forma.
„Acum avem o idee clară despre cum arată cea mai comună formă de gheață din Univers la nivel atomic. Acest lucru este important, deoarece gheața este implicată în multe procese cosmologice, de exemplu în formarea planetelor, evoluția galaxiilor și mișcarea materiei în Univers.”, explică fizicianul Michael Benedict Davies, unul dintre autorii studiului.
Gheața: o substanță ciudată, de la Pământ la stele
Apa este, fără îndoială, o substanță bizară. Comportamentul său sfidează adesea regulile altor lichide, iar oamenii de știință au identificat nu mai puțin de 20 de faze distincte de gheață. În esență, ele se împart în două mari familii: gheața cristalină, ordonată, pe care o găsim pe Pământ, și gheața amorfă, haotică, despre care se credea că domină cosmosul.
Pentru a testa această presupunere, Davies și colegii săi au adoptat o abordare duală, combinând simulări computerizate cu experimente de laborator. În lumea virtuală, au înghețat recipiente cu molecule de apă la temperaturi de -120°C, folosind viteze de înghețare diferite. Apoi, au comparat structurile virtuale rezultate cu date din experimente anterioare, în care raze X au fost folosite pentru a sonda gheața amorfă reală. Potrivirea perfectă a apărut la un amestec neașteptat: aproximativ 20% gheață cristalină și 80% amorfă.
Memoria apei și experimentele de laborator
În laborator, cercetătorii au recreat condițiile cosmice. Au imitat formarea gheții interstelare prin depunerea de vapori de apă pe o suprafață metalică extrem de rece. Într-un alt experiment, au creat o formă de gheață amorfă de înaltă densitate prin zdrobirea gheții cristaline la temperaturi criogenice.
Apoi, au făcut un pas crucial: au încălzit treptat ambele tipuri de gheață, oferindu-le moleculelor suficientă energie pentru a se rearanja. Aici a intrat în joc un fenomen fascinant cunoscut sub numele de „memoria apei” – capacitatea gheții de a-și aminti structura sa anterioară. Dacă gheața inițială ar fi fost complet amorfă, ar fi trebuit să rămână așa. Însă, pe măsură ce temperatura a crescut, au apărut diferențe structurale clare, indicând că în masa amorfă existau deja „semințe” de cristal, care au început să crească. Era dovada pe care o căutau: chiar și în cele mai vitrege condiții, apa nu uită complet cum să formeze cristale.
De la nori cosmici la fibră optică
„Gheața de pe Pământ este o curiozitate cosmologică datorită temperaturilor noastre calde. Gheața din restul Universului a fost considerată mult timp o imagine instantanee a apei lichide – adică o aranjare dezordonată fixată într-un loc. Descoperirile noastre arată că acest lucru nu este în totalitate adevărat.”, spune chimistul fizician Christoph Salzmann, co-autor al studiului.
Implicațiile acestei descoperiri depășesc granițele cosmologiei. Ele ridică întrebări fundamentale despre natura materialelor amorfe în general, cu aplicații directe în tehnologia de pe Pământ. „Fibrele de sticlă care transportă date pe distanțe lungi trebuie să fie amorfe, sau dezordonate, pentru a-și îndeplini funcția. Dacă ele conțin cristale minuscule, similare cu cele din gheața cosmică, și putem găsi o modalitate de a le îndepărta, acest lucru le-ar putea îmbunătăți dramatic performanța.”, mai explică Salzmann.
Astfel, o investigație a celei mai umile și comune substanțe din univers ne conduce la o concluzie revelatoare. Înțelegerea modului în care apa se organizează în tăcerea rece a spațiului interstelar nu doar că rescrie povestea formării planetelor, dar ne-ar putea oferi, în mod paradoxal, cheia către un internet mai rapid și mai eficient aici, pe Pământ.
