用于行星科学实验的微米级水冰颗粒：表面结构对碰撞性质的影响

模型与观测表明，雪线及其以外区域的冰颗粒聚集主导了行星形成的最早期阶段，因此成为众多实验室研究的课题。然而，原行星盘中的压强-温度梯度意味着冰在不断经历加工，在不同固相与气相之间发生相变。关于冰颗粒自身的性质是否决定了碰撞结果，以及碰撞实验在多大程度上能再现原行星环境中的条件，仍然是开放问题。先前的实验往往得出表面上矛盾的碰撞结果，仅在高于 $\approx$ 210 K 时才表现出一致的温度依赖性。利用 NIMROD 中子散射仪器的独特能力，我们表征了碰撞实验中所用冰颗粒的体相与表面结构，并研究了这些结构在约 30 mbar 恒定压强下随温度的变化。我们的液氮下形成的冰晶在从 103 K 加热至 247 K 的过程中，经历了结晶冰相变、升华、烧结与表面预熔。弥散表面层厚度从 $\approx$ 10 \AA 增至 $\approx$ 30 \AA（$\approx$ 2.5 至 12 双层）证明了在高于 $\approx$ 210 K 的温度下分子迁移率增加。由于其他变化均不与碰撞结果的温度趋势相吻合，我们得出结论：表面预熔现象在这些温度下的碰撞实验中起着关键作用。因此，压强-温度环境对碰撞结果的影响可能比先前认为的更大。