挑战天文共识：新研究称太空中的水冰并非完全无法结晶

科技媒体 Space 今天（7 月 10 日）发布博文，报道称最新研究挑战天文共识，发现太空中的水冰（water ice）为无序结构，部分也能结晶。

援引博文介绍，地球上保持冰形态，相对“比较温暖”，因此在足够能量情况下，水分子会类似于雪花的对称性，形成一个有序的、晶体的结构。

而现有天文学的一个共识是，在太空中，温度骤降至零下 100 到 200 摄氏度，因此太空中的水冰是无法结晶的无序结构。

土卫二（Enceladus）的水蒸气喷流进入太空，然后水蒸气冻结并重新降落在冰卫星的表面，如果按照此前共识，这些水冰不会有地球上雪花那样复杂的结构。

不过最新研究建模，表明在太空中的水冰，在无序结构中，最多有 25% 可以由晶体组成。

伦敦大学学院和剑桥大学的迈克尔・B・戴维斯表示：“我们现在更深入了解宇宙中最常见的水冰在原子层面的形态。这很重要，因为冰参与了多种宇宙过程，比如行星的形成、星系的发展，以及物质在宇宙中的运动。”

研究人员首先进行了两种不同的模拟。一种通过以不同的速率冷却水至零下 120 摄氏度，以形成虚拟的冰块，但它们以不同的方式冻结。另一种模拟从大块均匀间距的冰分子开始，然后随机打乱这些分子。

第一次模拟产生的冰并不是纯粹的无序冰，而是最多有 20% 的结晶，冰晶直径仅为 3 纳米，嵌入无序冰结构中的间隙。第二次模拟甚至达到了 25% 的冰晶比例。

研究人员还通过 X 射线束，穿过通过各种方法形成的无序冰，并观察冰的分子结构对 X 射线的反射，研究团队发现，无序冰的真实结构与模拟产生的一致。

为了进一步确认，研究团队对他们制造的无序冰进行了“再结晶”，并发现冰的晶体结构取决于无序冰最初是如何形成的。如果完全无序的纯无序冰不保留任何结晶结构，那么它应该不会保留其早期形态的记忆。