Die Struktur von Eis im Weltraum: Zwischen Ordnung und Chaos

LONDON (IT BOLTWISE) – Die Erforschung der Struktur von Eis im Weltraum hat Wissenschaftler vor neue Herausforderungen gestellt. Während auf der Erde Eis in geordneten, hexagonalen Kristallstrukturen vorkommt, zeigt sich im Vakuum des Weltraums ein anderes Bild.

Eis ist ein wesentlicher Bestandteil des Universums und findet sich auf Kometen, Monden, Exoplaneten und sogar in unseren Getränken. Doch unter dem Mikroskop betrachtet, ist nicht jedes Eis gleich, obwohl es aus denselben Bausteinen besteht. Auf der Erde bilden sich die Wassermoleküle aufgrund der hiesigen Temperatur- und Druckverhältnisse langsam zu Kristallen. Diese geordneten Strukturen sind meist hexagonal und wiederholen sich regelmäßig. Im Gegensatz dazu entsteht Eis im Weltraum unter extremen Bedingungen: im Vakuum und bei extremen Temperaturen. Diese Umstände führen dazu, dass das Eis im All als amorph gilt, also ohne eine klare, geordnete Struktur. Diese Erkenntnis stellt Wissenschaftler vor Herausforderungen, insbesondere wenn es darum geht, die Entstehung von Planeten und die Entwicklung von Leben zu verstehen. Das unvollständige Wissen über die Dynamik von amorphem Eis im Weltraum hat weitreichende Folgen. Beispielsweise erschwert es die Schätzung des Wasseranteils in anderen Sonnensystemen. Forscher untersuchen daher das Weltraumeis, um besser zu verstehen, wie gefrorenes Wasser fernab der Erde agiert. Proben von Kometen, Asteroiden und anderen Trümmern des Sonnensystems wären hilfreich, doch bis diese verfügbar sind, nutzen Wissenschaftler Computermodelle und Simulationen von irdischem Eis. Eine kürzlich im Journal Physical Review B veröffentlichte Studie legt nahe, dass das amorphe Eis im Universum eine gewisse Ordnung aufweist. Die Studie vermutet, dass es aus strukturierten Fragmenten besteht – kristallisierten Regionen, ähnlich wie auf der Erde, jedoch nur etwa 3 Nanometer groß – die von Chaos umgeben sind. Um zu diesem Schluss zu kommen, führten die Forscher Computermodelle durch, bei denen Wassermoleküle unterschiedlichen Temperaturänderungen ausgesetzt wurden, um die Entstehung von Eis im Weltraum zu simulieren. Diese Ergebnisse wurden mit Laborexperimenten verglichen, bei denen Wasserdampf über eine extrem kalte Platte geleitet wurde, um Eis zu erzeugen, ohne dass ein flüssiger Zustand dazwischen auftrat. Das so entstandene teilweise amorphe Material entsprach am ehesten einer Simulation, die aus 20 Prozent kristallinem Material und 80 Prozent amorphem Eis bestand. Michael B. Davies, Mitglied der ICE Group an der Universität Cambridge und Mitautor der Studie, erklärte: „Wir haben jetzt eine gute Vorstellung davon, wie die häufigste Form von Eis im Universum auf atomarer Ebene aussieht.“ Das Wissen um die Struktur von Weltraumeis ist wichtig, um die spekulative Idee der Panspermie zu hinterfragen, eine Hypothese, dass das Leben auf der Erde durch Verbindungen oder „Samen“ des Lebens aus dem Weltraum entstanden ist. Wenn Weltraumeis amorph und von geringer Dichte ist, könnten Bausteine für das Leben möglicherweise darin transportiert worden sein. Sind hingegen viele kristalline Teile vorhanden, ist die Wahrscheinlichkeit geringer, da weniger Raum für diese Möglichkeit besteht.

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