深空中的水冰，例如在土星的冰冻卫星恩塞拉都斯上，可能部分是结晶的，这基于新的研究。
深空中的冰，例如在土星的冰冻卫星恩塞拉都斯上，可能部分是结晶的，这基于新的研究。
(图片来源：NASA/JPL)
水冰存在于宇宙的各个角落，从冰冻的卫星到星际云中的霜冻尘埃颗粒。然而，伦敦大学学院（UCL）和剑桥大学的研究人员最近发现，太空中的冰与我们想象的并不一样。
在地球上，冰存在于相对温暖的温度下，这使得水分子有足够的能量形成有序的结晶结构，类似于雪花的对称性。然而，在太空中，温度骤降至零下100摄氏度或更低，人们以前认为水冰在这种条件下无法结晶。相反，人们认为太空中的水冰是纯粹的无定形的；换句话说，没有结晶，分子之间也没有有序的结构。
恩塞拉都斯向太空喷射，水蒸气冻结并降雪回冰冻卫星的表面，但根据之前的理论，这些雪花不会像地球上的雪花那样具有复杂的结构。但现在，新的研究表明，至少在某种程度上是可以的。将无定形冰冻结的计算机模拟与真实无定形冰的X射线衍射测量结果相匹配，表明在某些情况下，高达四分之一的无定形冰可以由晶体构成。
“我们现在对宇宙中最常见的冰的形式在原子水平上是什么样子有了很好的了解，”伦敦大学学院和剑桥大学的Michael B. Davis说。“这很重要，因为冰参与了许多宇宙学过程，例如行星的形成、彗星的演化以及物质在宇宙中的运动。”
低密度无定形冰是1930年代通过将水蒸气冷凝到冷却到零下110摄氏度的金属板上而发现的。高密度无定形冰在1980年代被发现是可能的，当时研究人员在零下200摄氏度下粉碎无定形冰。2023年，戴维斯团队首次学会了如何制造中密度无定形冰。这种中密度无定形冰具有与液态水相同的特性，因此它既不漂浮也不下沉。
然而，低密度无定形冰在宇宙中最常见，这就是戴维斯团队用来进行实验的冰。
首先，他们运行了两种不同的模拟。一种通过将水冷却到零下120摄氏度（零下184华氏度）来创建虚拟冰块，但以不同的速度冷却，以便它们冻结的方式不同。另一个模拟开始于由以相等间距堆积在一起的大冰分子立方体，然后随机打乱这些分子。