Все мы думаем, что хорошо знаем лед: мы катаемся по нему на коньках, добавляем кубики льда в напитки, любуемся сосульками, свисающими с крыш. Однако мало кто знает, что чистый лед, образованный исключительно молекулами воды, может существовать в 20 различных твердых фазах, отличающихся структурой расположения этих самых молекул. Фазы обычно нумеруются римскими цифрами, например, лед I, лед II или лед III.
Недавно группа ученых из Южной Кореи и Германии, выполнив ряд исследований, сумела идентифицировать и задокументировать двадцать первую фазу: лед XXI. Новая фаза была получена путем очень быстрого сжатия при комнатной температуре. Важно отметить, что данное состояние метастабильно и может существовать в течение некоторого времени, несмотря на то, что другие фазы льда были бы энергетически предпочтительнее в тех же условиях.
Для эксперимента исследователи использовали ячейку с алмазными наковальнями. Вода помещалась в ячейку и подвергалась сжатию. Исследовательская работа велась при давлении приблизительно в два гигапаскаля. В процессе эксперимента ячейка была облучена рентгеновским лазером: создавались снимки с интервалом в микросекунду, что позволило зафиксировать процесс формирования структуры льда. Специалисты полагают, что полученные данные помогут выявить дополнительные метастабильные ледяные фазы и пути их перехода при повышенных температурах.
Однако зачем ученым необходимо изучать эти фазы, и имеет ли значение количество фаз льда — одна или двадцать одна?
Понимание процессов возникновения и изменения различных фаз льда представляет интерес для исследователей, поскольку позволяет получить сведения о формировании ледяных небесных тел, таких как Ганимед, спутник Юпитера, и Титан, спутник Сатурна, а также понять возможность существования жизни на них. Нельзя исключать вероятность того, что на этих космических объектах могли обитать или до сих пор обитают простые формы жизни.