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Il ghiaccio nell'universo: in che modo il ghiaccio nello spazio è diverso dal ghiaccio sulla Terra?
Sulla terra che conosciamo, il ghiaccio è quasi ovunque, che si tratti del freddo Artico o dei ghiacciai montani, ciò che vediamo spesso è lo strato di ghiaccio bianco e neve. Tuttavia, quando guardiamo lontano nello spazio, il modo in cui il ghiaccio si forma ed esiste è molto diverso. La discrepanza tra i due ha portato gli scienziati a esplorare in profondità questi misteriosi fenomeni naturali, aiutando a spiegare la storia e l’evoluzione dell’universo.
La maggior parte del ghiaccio nell'universo è in forma amorfa, mentre lo straordinario ghiaccio sulla Terra è cristallino, principalmente ghiaccio esagonale.
Diversità e cambiamenti di fase del ghiaccio
I cambiamenti nella pressione dell’aria e nella temperatura innescano diverse fasi del ghiaccio, che ne modificano le proprietà e la geometria molecolare. Finora, gli scienziati hanno osservato 21 fasi del ghiaccio, compreso il ghiaccio cristallino e il ghiaccio amorfo. Queste fasi vengono scoperte sulla base di varie tecniche sperimentali come la pressione applicata, la forza applicata e la formazione spontanea di particelle. Sulla Terra, la fase più comune è la fase esagonale del ghiaccio (Ice Ih), ma si possono trovare anche altre forme di ghiaccio in condizioni di pressione e temperatura più estreme.
Nello spazio, queste fasi possono formarsi naturalmente, fornendo una prospettiva unica sulle proprietà chimiche e fisiche dell’universo. La loro esistenza è strettamente legata alle condizioni dell'ambiente e gli scienziati cercano anche di riprodurre l'atmosfera in queste condizioni estreme attraverso simulazioni ed esperimenti.Il ghiaccio amorfo al cianuro è la forma più comune di ghiaccio nello spazio ed è anche la fase più comune nell'universo.
La struttura della Terra e il ghiaccio cosmico
Il ghiaccio terrestre esiste principalmente sotto forma di cristalli. La struttura di questi ghiacci fu proposta per la prima volta da Linus Pauling nel 1935. La sua struttura cristallina è chiamata griglia cristallina di solfuro di zinco. Questa struttura fa sì che le molecole d'acqua siano disposte in modo tetraedrico nel ghiaccio, determinando la proprietà unica che la densità del ghiaccio è inferiore allo stato solido che allo stato liquido.
Questa disposizione aiuta a spiegare perché l’acqua si espande quando si congela mentre si raffredda, facendo galleggiare il ghiaccio sulla superficie. Al contrario, il ghiaccio nell’universo, soprattutto il ghiaccio amorfo, non ha una struttura ordinata a lungo raggio, ma appare sotto forma di disposizione atomica disordinata, che ne aumenta ulteriormente il valore per la ricerca scientifica.Nel ghiaccio terrestre, gli atomi di ossigeno sono raggruppati insieme secondo una simmetria esagonale e mostrano angoli di legame quasi tetraedrici.
La formazione del ghiaccio e la distribuzione degli atomi di idrogeno
Un fenomeno interessante è che esiste una certa casualità nella posizione degli atomi di idrogeno nella struttura del ghiaccio. Ciò consente enormi differenze tra le diverse fasi del ghiaccio anche nelle stesse condizioni. Nello spazio, a causa dell'estrema pressione e temperatura dell'ambiente, questi atomi di idrogeno non possono mantenere uno stato ordinato per lungo tempo, formando così ghiaccio amorfo ad alta e bassa densità.
Le particelle simili al ghiaccio che si formano nello spazio possono avere importanti implicazioni per comprendere la presenza dell'acqua nell'universo primordiale e il suo ruolo nella formazione dei pianeti.
Legame dell'idrogeno e cambiamenti di energia termica
Ci sono anche cambiamenti nelle proprietà di conduttività termica tra le diverse fasi del ghiaccio. Ad esempio, lo stato di coesistenza di ghiaccio e acqua raggiunge la potenza del punto triplo. Anche il punto di fusione e il calore di sublimazione del ghiaccio sono importanti indicatori della sua stabilità molecolare. Per gli scienziati, questi cambiamenti non solo aiutano a comprendere il ciclo dell’acqua sulla Terra, ma forniscono anche indizi sulla possibilità di vita extraterrestre.
Il calore latente richiesto per lo scioglimento e la sublimazione del ghiaccio indica la forza dei legami idrogeno tra le molecole d'acqua e questo legame mostra proprietà diverse nelle diverse fasi del ghiaccio.
Direzioni di ricerca future
Con il progresso della tecnologia, l’esplorazione del ghiaccio cosmico diventerà un campo di ricerca popolare e stimolante. Considerando le varie fasi del ghiaccio che possono esistere nello spazio, i futuri sviluppi scientifici si concentreranno su come simulare queste condizioni spaziali estreme in laboratorio per acquisire una comprensione più profonda delle proprietà del ghiaccio.
Attraverso questi studi, potremmo essere in grado di scoprire il mistero dell'acqua nell'universo e far avanzare ulteriormente la nostra comprensione dell'origine della vita.
Ora, dovremmo probabilmente riflettere su questa domanda: il confine tra il ghiaccio nell’universo e il ghiaccio sulla Terra è davvero così chiaro come pensiamo?
