地球上のユビキタンス物質である水は、他のほとんどの液体と区別する興味深い特性を示しています。これらの特性の1つは、その高い比熱容量であり、大幅な温度変化なしに大量の熱を吸収および放出することができます。
しかし、非常に低い温度では、水の挙動はさらに魅力的になります。研究チームは、絶対ゼロ（-273.15度）に近い温度での水分子のダイナミクスを調査するために、高度なコンピューターシミュレーションを採用しました。彼らのシミュレーションは、水分子がより遅い回転および翻訳運動を示し、液体のダイナミクスの劇的な減速につながることを明らかにしました。
この研究では、その配向の原因となる水分子の回転運動が、温度が低下するにつれてますます妨害されることがわかりました。この障害は、低温での水分子間のより強い引力によって引き起こされ、自由に回転する能力を制限しています。
同様に、空間を通る動きに関連する水分子の翻訳運動も大幅に減速しました。この効果は、低温での水分子間の過渡的で強力な水素結合の形成に起因し、それが事実上、分子を所定の位置に「捕捉」し、その移動度を低下させます。
研究チームはまた、氷内で見られるものと同様に、非常に低い温度の液体水内で見られる一時的な四面体構造の形成を観察しました。これらの構造は、これらの四面体の配置内で分子が一時的に「ケージ化」されるようになるため、水力学の減速にさらに貢献しました。
この調査結果は、低温での水の行動に対する基本的な理解を促進するだけでなく、宇宙生物学、地球を越えた生命の研究にも潜在的な意味を持っています。水のダイナミクスは、地球外環境の居住性に重要な役割を果たし、この研究から得られた知識は、木星の月ヨーロッパや土星の月のエンケラドゥスなどの氷の天体の潜在的な液体水貯水池の探求を知らせることができます。
さらに、非常に低い温度での水の挙動に関する洞察は、極生物学における実用的な応用を持つ可能性があります。これは、生物系に対する低温の効果の研究です。寒冷気温の影響を受ける方法を理解することは、将来の使用のために細胞、組織、臓器を保存するための凍結保存技術の開発に役立つ可能性があります。
結論として、この研究は、低温での水力学の減速に関する貴重な洞察を提供し、極端な条件下で水のユニークな分子挙動をより深く理解します。この研究は、宇宙生物学、凍結生物学、および水の基本的特性の全体的な理解に影響を与えます。
