ค้นพบ “แอโรไอซ์” น้ำแข็งชนิดใหม่เบาบางเหมือนสายไหม

นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโอคายามะของญี่ปุ่น ใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ทำนายถึงการมีอยู่ของน้ำแข็งที่มีโครงสร้างโมเลกุลรูปแบบใหม่ หรือ "แอโรไอซ์" (Aeroice) โดยการที่มีอากาศแทรกอยู่ในผลึกน้ำแข็งชนิดนี้มากกว่าตัวโมเลกุลที่เป็นโครงสร้าง ทำให้ได้ชื่อว่าเป็นน้ำในสถานะที่เบาที่สุด เท่าที่เคยมีการค้นพบมา

มีการเผยแพร่การค้นพบดังกล่าวในวารสาร The Journal of Chemical Physics โดยทีมนักวิทยาศาสตร์ระบุว่าแอโรไอซ์เป็นน้ำแข็งชนิดที่ 18 จากเดิมที่มีอยู่ 17 ชนิด ซึ่งแอโรไอซ์จะเกิดขึ้นได้ในภาวะที่มีความดันเป็นลบอย่างสูงและจะมีความเสถียรที่อุณหภูมิใกล้ 0 องศาเคลวิน รวมทั้งมีผลึกที่มีความหนาแน่นต่ำที่สุดในบรรดาผลึกน้ำแข็งทั้งหมด

นักวิทยาศาสตร์ทำนายถึงการมีอยู่ของแอโรไอซ์ได้ โดยทดลองนำข้อมูลโครงสร้างโมเลกุลของน้ำแข็งซีโอลิทิก (Zeolithic ice) ซึ่งเป็นน้ำแข็งสังเคราะห์ที่มีน้ำหนักเบา มาเข้าแบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อทดลองปรับโครงสร้างโมเลกุลให้มีน้ำหนักเบายิ่งขึ้นไปอีก พบว่าได้โครงสร้างโมเลกุลของน้ำแข็งที่เป็นไปได้ถึง 300 แบบ แต่รูปแบบที่คำนวณแล้วมีความเสถียรสูงสุดคือแอโรไอซ์ โดยโมเลกุลรูป 6 เหลี่ยมจะมีแขนค้ำยันระหว่างชั้นที่ซ้อนกัน คล้ายกับเสาสูงค้ำอาคารที่แยกพื้นกับเพดานออกห่างจากกัน

รศ.มาซะคะซึ มัตสึโมโตะ หัวหน้าทีมวิจัยบอกว่าจะเตรียมสังเคราะห์แอโรไอซ์ในห้องทดลองเร็วๆ นี้ แม้ว่าจะทำได้ยากเพราะต้องสร้างสภาพแวดล้อมพิเศษที่มีอุณหภูมิและแรงดันตรงตามเงื่อนไข อย่างไรก็ตาม การค้นพบน้ำแข็งแอโรไอซ์ในครั้งนี้ จะเป็นประโยชน์ต่อการศึกษาพฤติกรรมของน้ำในวัสดุนาโนและชีวโมเลกุลต่างๆ ในอนาคต

ทั้งนี้ น้ำแข็งมีรูปแบบของผลึกโครงสร้างแตกต่างกันออกไปหลากหลายแบบ โดยขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิที่ได้รับขณะก่อตัว ส่วนน้ำแข็งที่พบได้ในธรรมชาติบนโลกมีเพียง 2 แบบ คือแบบที่เป็นผลึก 6 เหลี่ยม และแบบที่ผลึกเป็นลูกบาศก์ซึ่งเกิดขึ้นในบางครั้งที่ชั้นบรรยากาศระดับสูง ส่วนน้ำแข็งรูปแบบอื่นๆ ที่เหลือ 16 แบบ เกิดจากการสังเคราะห์ในห้องทดลองทั้งหมด หรืออาจพบได้ที่ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ