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奇特宇宙非晶质冰或为生命物质保护层

 更新时间:2013-03-16 18:31

奇特宇宙非晶质冰或为生命物质保护层   我们熟悉的水冰形式,比如雪花(左侧),它拥有晶体结构;而非晶体冰(右侧)却没有规则的内部结构 奇特宇宙非晶质冰或为生命物质保护层  为了模拟太阳风粒子和宇宙射线造成的伤害,戈达德空间飞行中心的科学家们使用了粒子加速器来进行相关环境模拟。

  据物理学家组织网站报道,在一座由炸弹掩体改建而成的实验室中,美国戈达德空间飞行中心下属的宇宙冰实验室的佩里·基拉金斯(Perry Gerakines)教授领导的一个小组制成了一些具有奇异性质的冰。这些冰并非日常生活中所看到的冰雪物质,合成这种特殊形态的冰需要极端的低温和极低的气压。这种情况在地球上难以满足,并且这些冰被制作成非常薄的薄层,其厚度甚至远远小于一粒花粉。

  这种超薄冰层表面被认为非常适宜用于重现在空间环境中发生的关键化学反应过程。借助这一载体,科学家们几乎可以重现太阳系诞生以来在这些冰物质中曾经发生的所有反应,其中的一些或许将有助于解释生命的起源。瑞吉·哈德森(Reggie Hudson)是宇宙冰实验室的负责人,他说:“这可不是人们记忆中在高中里学的化学那么简单,这是在极端环境中发生的化学反应:极端的低温,强烈的辐射环境,还有几乎为零的气压,除此之外这些反应一般都发生于气体或固体中,因为一般而言在星际空间根本就不存在液体物质。”

  戈达德中心的这一实验室是全世界数家致力于研究超低温宇宙冰化学性质的研究机构之一。借助这里拥有的强大粒子加速器,戈达德中心占据了有利条件,可以模拟几乎所有来自太阳或宇宙深处的辐射环境,而这样的辐射环境正是催生这些化学反应的机制。这样的研究让科学家们得以对一些行星以及卫星表面冰层下方的冰物质性质进行研究。

  在实验室中,基拉金斯将一个饭盒大小的隔间中的空气抽出,使其气压值降低至地球标准大气压的10亿分之一不到,随后将其温度冷却至零下258摄氏度。好了,当这些环境条件制备完成之后,只需要打开阀门放入一些水汽就好。事实上,当这些水汽分子一接触这个小隔间内的环境它们在瞬间便被冻结了。

  在这种情况下,这些水分子几乎立即就从原本的水汽状态转变为一种特殊的固体:非晶质冰。非晶质冰和地球上普通的水冰几乎正好相反,常见的水冰是晶体,生活中我们熟悉的雪花,霜针,都是晶体形式的水。作为一种晶体,其内部结构是高度规则有有规律的,甚至它有时候会被作为一种矿物看待,其在摩氏硬度中的硬度值为2.5,这一数字和人的指甲硬度值相当。

  尽管在地球上很少听到,然而非晶质冰在宇宙空间却分布广泛,事实上这种形态的冰可能是整个宇宙中水的最常见形式。在太阳系中,这些冰物质是太阳系形成初期的遗留物,它们以尘埃般大小颗粒的形式散落分布于太阳系的广阔空间之中。科学家们也在彗星和行星的一些冰冻卫星上发现了它们的踪迹。而要在实验室中制备这种奇特的物质的诀窍,正如基拉金斯所介绍的那样,便是限制其厚度,使其以极薄的形式出现,这一厚度甚至要小于一根蜘蛛丝。他说:“水是非常好的绝缘体,因此如果这种冰的厚度太大,那么便只有这一层冰物质的最底层接触到低温表面的部分可以保持足够低的温度,而其它部分的温度就无法确保足够低,这部分偏‘暖’的物质便会结晶。”

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