21-я форма льда: открытый сверхплотный лёд, невидимый для классических методов, помогает точнее оценить условия, где могла зародиться внеземная жизнь

09.11.2025 18:18:00 | iXBT.com

Корейский институт стандартов и науки (KRISS) и международная команда физиков объявили об открытии Ice XXI — 21-й кристаллической фазы льда, образующейся при комнатной температуре под сверхвысоким давлением. Работа основана на прямом наблюдении того, как вода кристаллизуется в условиях, когда давление существенно превышает привычные пределы.

При атмосферном давлении вода замерзает при 0 °C, но при повышении давления лёд может возникать и при комнатной температуре. Например, при давлениях выше 0,96 гигапаскаля при комнатной температуре известна фаза Ice VI. Всего за последний век учёные описали 20 кристаллических форм льда, появляющихся при разных сочетаниях температуры и давления — температурах, отличающихся более чем на 2000 К, и давлениях свыше 100 ГПа. Особенно сложной остаётся область между нормальным давлением и 2 ГПа, где сосредоточено более десяти фаз льда.

Группа космической метрологии KRISS создала состояние «сверхсжатой» жидкости — воды при комнатной температуре под давлением, более чем в два раза превышающим известный порог кристаллизации, — с помощью разработанной ими динамической алмазной наковальни (dDAC). В этом устройстве пара алмазов, управляемых пьезоэлектрическими актуаторами, сжимает крошечный объём воды, позволяя точно задавать и отслеживать быстрые изменения давления.

Ключевое отличие новой dDAC от обычных алмазных наковален в том, что она существенно снижает механический удар и уменьшает время сжатия с десятков секунд до 10 миллисекунд. Это резко сокращает вероятность преждевременного зарождения кристаллов и даёт возможность довести воду до давлений, необходимых для образования Ice VI и более плотных фаз, не «запуская» кристаллизацию слишком рано.

Иллюстрация: Sora

Используя комбинацию dDAC и рентгеновского лазера на свободных электронах European XFEL, команда получила временное разрешение на уровне микросекунд и смогла отслеживать процесс кристаллизации в реальном времени. Учёные обнаружили, что при комнатной температуре существуют несколько сложных путей перехода сверхсжатой воды в твёрдое состояние, и среди них — формирование новой фазы Ice XXI.

Авторы работы не только зафиксировали Ice XXI как промежуточную фазу в этих путях, но и определили её подробную кристаллическую структуру. Новый лёд образуется при комнатной температуре и отличается крупной и сложной элементарной ячейкой: она имеет уплощённую прямоугольную форму с двумя равными по длине рёбрами основания, что выделяет Ice XXI среди ранее известных структур льда высокого давления.

Проект объединил 33 учёных из Кореи, Германии, Японии, США, Англии. Соавтор работы доктор Ли Юн-Хи отметила: «Плотность Ice XXI сопоставима с плотностью слоёв льда под высоким давлением внутри ледяных спутников Юпитера и Сатурна. Это открытие может дать новые ключи к изучению зарождения жизни в экстремальных условиях космического пространства». Руководитель проекта, доктор Ли Гын У подчеркнул, что сочетание собственной технологии dDAC и XFEL позволило «зафиксировать мимолётные моменты, недоступные для традиционных инструментов», и выразил уверенность, что продолжение исследований в условиях сверхвысоких давлений и других экстремальных режимов откроет новые направления в науке.

Работа даёт прямые экспериментальные данные о том, как вода ведёт себя и переходит в твёрдое состояние при давлении, сопоставимом с внутренними слоями ледяных лун и глубин планет. Открытие Ice XXI и выявленные пути кристаллизации уточняют карту фаз воды, помогают лучше моделировать строение внеземных океанов и расширяют инструменты для изучения материи в экстремальных условиях, которыми теперь можно целенаправленно пользоваться в будущих исследованиях.

Подробнее