الجليد الفضائي: اكتشافات جديدة تعيد تشكيل الفهم

أظهرت دراسة جديدة حول بنية الجليد الذي يتشكل في الفضاء أن هناك حاجة لإعادة النظر في إجماع استمر لعقود في علم الفلك. الدراسة التي نُشرت يوم الاثنين في Physical Review B، أبلغ الباحثون في إنجلترا أن "الجليد الفضائي" من المحتمل أن يحتوي على عدد لا يحصى من البلورات الصغيرة بداخله، وأنه أقل سائلة مما كان يعتقده الفلكيون سابقًا. على الأقل، هذا ما تشير إليه المحاكاة الحاسوبية والتكرارات التجريبية. هذه الاكتشافات تعيد ضبط فهمنا لكيفية تصرف الجليد في الفضاء العميق البارد، وقد تؤثر على نظرياتنا حول تكوين الكواكب، وكيمياء المذنبات، وحتى أصل الحياة.

قال مايكل ب. ديفيس، الفيزيائي في جامعة كوليدج لندن (UCL) والمعد الرئيسي للدراسة، في بيان: "لدينا الآن فكرة جيدة عن شكل الجليد الأكثر شيوعًا في الكون على المستوى الذري. هذا مهم، حيث أن الجليد مرتبط بالعديد من العمليات الكونية، مثل كيفية تكوين الكواكب، وكيفية تطور المجرات، وكيفية تحرك المادة في الكون."

من الواضح أن الفضاء ليس مشابهًا للأماكن التي نجد فيها الجليد هنا على الأرض، سواء كان ذلك في الفريزر أو في القارة القطبية الجنوبية. في الفضاء، الذي يوجد في ظروف قريبة من الفراغ، يمكن أن تكون درجات الحرارة شديدة الحرارة أو شديدة البرودة. وبالتالي، كان من المنطقي أكثر للفلكيين أن الجليد الفضائي لن يحتوي على طاقة كافية لتشكيل أي شيء قريب من البلورات المرتبة التي نراها على الأرض. بدلاً من ذلك، ينبغي أن تنتج الظروف المتقلبة - نظريًا - شكلًا غريبًا وتجريديًا.

تتحدى الدراسة الجديدة هذا الافتراض من خلال اقتراح العكس للجليد غير المتبلور ذو الكثافة المنخفضة - الشكل الأكثر شيوعًا في الكون - الموجود عادةً على المذنبات، والأقمار الجليدية، والسحب الغبارية بالقرب من النجوم والكواكب الشابة. أنشأ الفريق عدة نماذج تحاكي ظروف درجات الحرارة التي من المحتمل أن يتشكل فيها الجليد، ثم قارنوا النتائج مع بيانات الأشعة السينية المتاحة لقياسات سابقة لعينات الجليد الفعلي.

ومن المثير للدهشة، أن أفضل تطابق كان مع النموذج الذي أظهر فيه الجليد بعض مستوى من التنظيم النانوي للبلورات - بلورات صغيرة أوسع قليلاً من خيط واحد من الحمض النووي - مدفونة داخل هيكله، مما يتعارض مع الاعتقاد السائد بأن الجليد الفضائي غير متبلور بالكامل، أو ليس له شكل محدد.

للتحقق من أعمالهم، حاول الباحثون أيضًا إعادة هندسة عينات حقيقية من الجليد غير المتبلور التي تشكلت بطرق مختلفة، ووجدوا أن كل بلورة كانت تحمل "ذاكرة" واضحة عن كيفية تشكيلها. وهذا لن يكون ممكنًا إلا إذا كان هناك بعض الهيكل الأولي لبلورات الجليد، كما استنتج الباحثون في الورقة.

قال كريستوف سالزمان، الكيميائي في جامعة كوليدج لندن (UCL)، في البيان: "لقد اعتُبر الجليد في بقية الكون لفترة طويلة لقطة من الماء السائل - أي ترتيب غير منظم مثبت في مكانه. تظهر نتائجنا أن هذا ليس صحيحًا تمامًا."

يأمل الفريق أن تساعد هذه الرؤى الجديدة في توجيه التحقيقات المستقبلية في الفضاء للمنظرين، والمجربين، والمهندسين على حد سواء. من ناحية، يمكن أن يساعد فهم أفضل لكيفية تشكيل الجليد الفضائي في مراجعة نماذج المناخ للأقمار الجليدية أو المذنبات. ولكن يمكن أن يُحسن أيضًا فهمنا للماء نفسه، كما أشار المؤلف المشارك في الدراسة أنجيلوس ميخايليدس في البيان. وأضاف ميخايليدس، الكيميائي في جامعة كامبريدج في إنجلترا، أن "[الجليد غير المتبلور] قد يحمل المفتاح لشرح بعض من العديد من الشذوذات في الماء."

في تطبيقات أكثر عملية، قد تجعل غرابة الجليد الفضائي منه مادة مفيدة كـ "مادة عالية الأداء محتملة في الفضاء"، كما قال ديفيس. "يمكن أن تحمي المركبات الفضائية من الإشعاع أو توفر وقودًا في شكل هيدروجين وأكسجين. لذا نحتاج إلى معرفة أشكالها وخصائصها المختلفة."