นักวิทยาศาสตร์พบ “น้ำแข็งในอวกาศ” มีโครงสร้างไม่เหมือนบนโลก

เผยแพร่ 1 วันที่แล้ว

น้ำแข็งอาจเป็นสิ่งที่ดูธรรมดาบนโลก แต่ในอวกาศ มันกลับมีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง ล่าสุด นักวิจัยไมเคิล บี. เดวิส (Michael B. Davis) จากมหาวิทยาลัยยูนิเวอร์ซิตีคอลเลจลอนดอน (UCL) และมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ได้ค้นพบว่าน้ำแข็งในอวกาศไม่ได้เป็นเพียงน้ำที่เยือกแข็งแบบไร้รูปทรงเท่านั้น แต่ยังมีโครงสร้างระดับจิ๋วที่ไม่เคยถูกสังเกตมาก่อน

น้ำแข็งในอวกาศไม่ได้เป็นระเบียบแบบน้ำแข็งบนโลก

น้ำแข็งบนโลกเกิดขึ้นจากน้ำแข็งตัวกลายเป็นผลึกอย่างเป็นระเบียบ เพราะอุณหภูมิไม่ต่ำจนเกินไป ทำให้โมเลกุลของน้ำสามารถจัดตัวเป็นรูปทรงเรขาคณิตอย่างที่พบในเกล็ดหิมะ แต่ในอวกาศที่อุณหภูมิลดต่ำถึง -100 ถึง -200 องศาเซลเซียส (-148 ถึง -328 ฟาเรนไฮต์) โมเลกุลน้ำจะไม่มีพลังงานเพียงพอในการสร้างโครงสร้างผลึก น้ำแข็งที่ก่อตัวจึงอยู่ในสภาพ "อสัณฐาน" (Amorphous) ซึ่งหมายถึงไม่มีรูปร่างแน่นอนและไม่มีการจัดเรียงโมเลกุลอย่างเป็นระเบียบ

น้ำแข็งจากดวงจันทร์เอนเซลาดัสชี้สัญญาณใหม่

นักวิทยาศาสตร์สนใจศึกษากระบวนการที่ไอน้ำจากดวงจันทร์เอนเซลาดัสของดาวเสาร์พุ่งออกสู่อวกาศและกลับมาก่อตัวเป็นน้ำแข็งบนพื้นผิวอีกครั้ง เดิมเชื่อกันว่าน้ำแข็งเหล่านี้จะไม่มีโครงสร้างซับซ้อนเหมือนเกล็ดหิมะบนโลก แต่จากการจำลองและเปรียบเทียบกับข้อมูลจริง พบว่ามีน้ำแข็งบางส่วนที่มีลักษณะเป็นผลึกขนาดเล็ก

ผลการจำลองน้ำแข็งอสัณฐานก็มีผลึกเล็กแฝงอยู่

ทีมวิจัยทำการจำลองการก่อตัวของน้ำแข็งในอวกาศผ่าน 2 วิธี โดยใช้คอมพิวเตอร์และการทดลองในห้องปฏิบัติการภายใต้เงื่อนไขที่ใกล้เคียงกับสภาพแวดล้อมในอวกาศ เช่น อุณหภูมิต่ำมากและความดันต่ำ

1. การลดอุณหภูมิของน้ำอย่างรวดเร็ว จนถึง -120 องศาเซลเซียส โดยใช้ความเร็วต่างกัน พบว่าทำให้เกิดน้ำแข็งที่มีผลึกแฝงอยู่ราว 20% โดยผลึกมีขนาดเพียง 3 นาโนเมตร

2. การจัดเรียงโมเลกุลแบบสุ่ม โดยใช้ก้อนน้ำแข็งขนาดเล็กซ้อนกันในระยะเท่ากัน ก่อนจัดเรียงใหม่ พบว่าอาจมีผลึกมากถึง 25%

พิสูจน์ด้วยการยิงรังสีเอกซ์ผ่านน้ำแข็งจริง

ทีมของนักวิจัยไมเคิล บี. เดวิส (Michael B. Davis) นำตัวอย่างน้ำแข็งอสัณฐานมาทดสอบโดยยิงรังสีเอกซ์ผ่าน เพื่อดูการเบี่ยงเบนของรังสีเมื่อผ่านโครงสร้างโมเลกุล พบว่าผลลัพธ์จากการทดลองตรงกับแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ ยืนยันว่าในความไร้ระเบียบนั้น ยังมีโครงสร้างผลึกซ่อนอยู่จริง

เพื่อย้ำความถูกต้อง ทีมวิจัยได้ "ตกผลึกใหม่" จากน้ำแข็งอสัณฐาน และพบว่ารูปแบบของผลึกที่เกิดขึ้นหลังการตกผลึกนั้นขึ้นกับวิธีการสร้างน้ำแข็งเดิม ซึ่งแสดงว่าน้ำแข็งอสัณฐานบางชนิดมี “ความทรงจำ” ของโครงสร้างเดิมที่ตกผลึกไม่สมบูรณ์เก็บไว้อยู่

ประโยชน์ของน้ำแข็งในอวกาศทั้งเชื้อเพลิงและเกราะป้องกัน

“น้ำแข็งมีศักยภาพสูงที่จะเป็นวัสดุประสิทธิภาพสูงในอวกาศ” ไมเคิล บี. เดวิส (Michael B. Davis) กล่าว “มันสามารถใช้ป้องกันรังสีคอสมิกให้ยานอวกาศ หรือใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิง โดยสกัดไฮโดรเจนและออกซิเจนจากโมเลกุลน้ำได้”

การค้นพบนี้ยังส่งผลต่อทฤษฎีว่าชีวิตบนโลกอาจมีจุดกำเนิดจากอวกาศ โดยสารอินทรีย์พื้นฐานของชีวิตอาจถูกพามากับฝุ่นน้ำแข็งจากอวกาศ

อย่างไรก็ตาม หากน้ำแข็งมีโครงสร้างผลึกสูง ก็อาจลดพื้นที่ว่างสำหรับการฝังตัวของสารอินทรีย์ได้ ไมเคิล บี. เดวิส (Michael B. Davis) กล่าวปิดท้ายว่า “โครงสร้างผลึกบางชนิดอาจมีพื้นที่น้อยเกินกว่าจะกักเก็บองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตไว้ได้ แต่ในบริเวณที่ยังคงเป็นอสัณฐาน ก็ยังคงมีความเป็นไปได้ที่ชีวิตจะถูกกักเก็บและเดินทางมาถึงโลก”

ข่าวที่เกี่ยวข้อง