كشف بحث جديد عن كيفية تشكّل نوع غريب من الجليد المعروف ب”Ice VII” بسرعة أكبر من 1000 ميل/ساعة(1610 كلم/ساعة)، وكيف يمكنه الانتشار في العوالم الغريبة.

اُكتشِف هذا النوع من الجليد وهو يتشكّل طبيعيًا خلال شهر أذار(مارس) الماضي، عالقًا داخل ألماسات في أعماق الأرض، وتبيّن هذه الدراسة الحديثة كيفية تشكّله بالتفصيل – وكما يبدو فإنّها طريقة مختلفة تمامًا عن طريقة تشكّل الجليد من الماء.

بناءً على نموذج رياضيّ ابتكره باحثون من مخبر لورينس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا، هناك عتبة ضغط معيّنة ينتشر عندها جليد Ice VII”” بسرعة الضوء. يعرف هذا الإجراء التحوليّ الشبه آنيّ ب(التنويّ المتجانس- homogeneous nucleation).

«هذا نظام تُختبَر فيه إمكانيتنا على الفهم الفيزيائي»، يقول أحد أعضاء فريق البحث، الفيزيائيّ أليكس تشيرنوف.

استنتج العلماء أن جليد “Ice VII” ممكن تشكيله تحت حرارة عالية وضغط مكثف – حوالي 100,000 ضعف الضغط الجويّ – ولكن التجارب أظهرت تشكل هذا الجليد بشكل متجانس(تقريبا بشكل آنيّ) أو بشكل متباين(من السطح إلى الداخل).

حيّر هذا العلماء حتى هذه اللحظة. يقترح البحث الجديد وجود نقطة تحوّل معيّنة والتي تكون السبب في هذه التغيّرات في نتائج التجارب – وتشرح أيضًا الفرق في الحرارة بين الماء السائل وكريستالات الجليد المتكوّنة.

تمتلك هذه الأنواع من الجليد(أطوار الجليد) بنيانًا ذريًّا مختلفًا في كريستالاتها، وهذا يؤثر بشكل كبير على كيفية تحوّل الماء السائل إلى جليد صلب. توصّل الباحثون بشكل نهائيّ إلى أنّ الجليد”Ice VII” يتشكل مبدئيًا بعناقيد جزيئيّة قبل أن ينتشر بأجزاء نانوية من الثانية عبر جسم من الماء.

ويحدث هذا، جزئيًا، بسبب عدم وجود طبقة من الحرارة عند نقطة(التنويّ- nucleation)– النقطة التي يتحول فيها السائل إلى صلب – كما يجري عادةً عند تجمّد الجليد عند الضغط المحيط الاعتياديّ.

«لا يوجد حاجة لعملية إزالة الحرارة البطيئة ويتحكم الترتيب السريع جدًا للجزيئات بسرعة السطح البينيّ.» يوضّح تشيرنوف.

الآن وبعد أن أصبح لدينا نموذجًا رياضيًّا يناسب البيانات التجريبيّة، يمكننا تطبيق هذه البيانات على جميع المجالات البحثيّة الأخرى. طوّرت نظرية وجود جليد””Ice VII بالمخبر قبل أن يُكتشَف وجوده مخبئًا داخل الألماس.

يشكّل هذا التفسير الجديد لكيفية تشكل جليد”Ice VII” على المستوى المبدئي والجزيئي أثارًا على دراسة تخزين الذاكرة، تركيب المواد، وعدة أمور أخرى. بحسب فريق البحث المسؤول عن النموذج الجديد.

ويمكن أن يكون مفيدًا في سعينا وراء البحث عن حياة في كواكب أخرى. يستخدم وجود الماء بصفته مؤشر أساسي في تحديد إن كان ممكنًا للحياة الوجود على كواكب غير كوكب الأرض، ولكن إن كانت هذه المياه مضغوطة بشكل كافٍ لتتحول إلى جليد Ice VII””، ربما لن يكون هناك أي حياة توجد.

«تتعرض المياه على هذه العوالم المكونة من محيطات، تحت قصف من أجسام فضائيّة أخرى مثل النيازك والمذنّبات، إلى تغيّرات كبيرة قد لا تستمر الحياة فيها». يقول الكاتب وكيميائيّ المواد جوناثان بيلوف لدورية Physics Central.

هو أداة جديدة لمعرفة كون كوكب جليدي ما قابل للسكن، وهو أيضًا مثال رائع يوضّح كيف تدفعنا حدود علم الفيزياء إلى الأمام.

تم نشر هذا البحث في دورية Physical Review Letters

  • ترجمة: عبدالرحمن الصباغ
  • تدقيق: لبنى حمزة
  • تحرير: زيد أبو الرب

المصدر