紫外线如何改变冰的化学性质 ^{CEFR B2}

研究小组利用量子力学级别的计算模拟，系统研究紫外线（UV）如何改变冰的化学性质，目的是解释阳光照射下地球冰与太空冰行为差异的历史谜题。该项研究由芝加哥大学普里茨克分子工程学院和意大利的阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心参与，结果发表在《美国国家科学院院刊》。

研究使用了由 Giulia Galli 实验室开发的先进计算方法。团队分别模拟了无缺陷的完美晶格、存在空位的冰、结构中带电的羟基离子，以及含有违反氢键规则的 Bjerrum 缺陷。合著者余晋指出，计算使得单独研究各类化学效应成为可能；ICTP 的 Ali Hassanali 认为这一方法可以解开长期难题。

模拟结果表明，不同缺陷会显著改变冰的吸收和发射光谱。具体来说，羟基离子会使紫外吸收起始位置发生位移，而 Bjerrum 缺陷会导致更大、更极端的光谱变化，这可能解释长期紫外照射后观测到的未解吸收特征。分子层面上，紫外线可打破水分子，生成水合氢离子、羟基自由基和自由电子；这些电子在某些缺陷中可扩散，在另一些缺陷中则被困于微小空穴。

研究团队正与实验学家合作检验这些预测，并计划把模型扩展到含多种缺陷、表面和融水的冰。该成果可用于研究冻土释气以及木卫二和土卫二等冰卫星上的化学过程。项目由欧洲委员会、CINECA、MareNostrum5 及通过能源部经由阿贡国家实验室提供的 MICCoM 资助。