Ilmuwan Temukan Bentuk Baru Es – Mungkin Umum di Planet Jauh yang Kaya Air

Fisikawan UNLV memelopori teknik pemanasan laser baru dalam sel landasan berlian (digambarkan di sini) sebagai bagian dari penemuan bentuk es baru. Kredit: Chris Higgins

Temuan dapat berimplikasi pada pemahaman kita tentang planet yang jauh dan kaya air.

Peneliti NLV telah menemukan bentuk baru es, mendefinisikan ulang sifat-sifat air pada tekanan tinggi.

Air padat, atau es, seperti banyak bahan lain karena dapat membentuk bahan padat yang berbeda berdasarkan kondisi suhu dan tekanan yang bervariasi, seperti berlian atau grafit pembentuk karbon. Namun, air luar biasa dalam aspek ini karena setidaknya ada 20 bentuk es padat yang kita kenal.

Sebuah tim ilmuwan yang bekerja di Laboratorium Kondisi Ekstrim Nevada UNLV memelopori metode baru untuk mengukur sifat-sifat air di bawah tekanan tinggi. Sampel air pertama kali diperas di antara ujung dua berlian yang berhadapan—membeku menjadi beberapa kristal es campur aduk. Es kemudian mengalami teknik pemanasan laser yang melelehkan sementara sebelum dengan cepat terbentuk kembali menjadi kumpulan kristal kecil seperti bubuk.

Dengan menaikkan tekanan secara bertahap, dan meledakkannya secara berkala dengan sinar laser, tim mengamati es air membuat transisi dari fase kubik yang diketahui, Ice-VII, ke fase antara yang baru ditemukan, dan fase tetragonal, Ice-VIIt, sebelum mengendap. ke fase lain yang diketahui, Ice-X.

Zach Grande, seorang Ph.D. mahasiswa, memimpin pekerjaan yang juga menunjukkan bahwa transisi ke Ice-X, ketika air menjadi kaku secara agresif, terjadi pada tekanan yang jauh lebih rendah daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Meskipun tidak mungkin kita akan menemukan fase es baru ini di mana pun di permukaan Bumi, kemungkinan itu merupakan bahan umum di dalam mantel Bumi serta di bulan-bulan besar dan planet-planet kaya air di luar tata surya kita.

Temuan tim dilaporkan dalam jurnal edisi 17 Maret 2022 Tinjauan Fisik B.

Bawa pulang

Tim peneliti telah bekerja untuk memahami perilaku air bertekanan tinggi yang mungkin ada di bagian dalam planet yang jauh.

Untuk melakukannya, Grande dan fisikawan UNLV Ashkan Salamat menempatkan sampel air di antara ujung dua berlian bundar yang dikenal sebagai sel landasan berlian, fitur standar di bidang fisika tekanan tinggi. Menerapkan sedikit kekuatan pada berlian memungkinkan para peneliti untuk menciptakan kembali tekanan setinggi yang ditemukan di pusat Bumi.

Dengan meremas sampel air di antara berlian-berlian ini, para ilmuwan menggerakkan atom oksigen dan hidrogen ke dalam berbagai susunan yang berbeda, termasuk susunan yang baru ditemukan, Ice-VIIt.

Teknik pemanasan laser pertama tidak hanya memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati fase baru es air, tetapi tim juga menemukan bahwa transisi ke Ice-X terjadi pada tekanan hampir tiga kali lebih rendah dari yang diperkirakan sebelumnya — pada 300.000 atmosfer bukannya 1 juta. Transisi ini telah menjadi topik yang sangat diperdebatkan di masyarakat selama beberapa dekade.

“Pekerjaan Zach telah menunjukkan bahwa transformasi ke keadaan ionik ini terjadi pada tekanan yang jauh lebih rendah daripada yang pernah diperkirakan sebelumnya,” kata Salamat. “Ini adalah bagian yang hilang, dan pengukuran paling tepat yang pernah ada di air pada kondisi seperti ini.”

Pekerjaan ini juga mengkalibrasi ulang pemahaman kita tentang komposisi planet ekstrasurya, tambah Salamat. Para peneliti berhipotesis bahwa fase es Ice-VIIt bisa ada dalam kelimpahan di kerak dan mantel atas planet yang kaya air di luar tata surya kita, yang berarti mereka bisa memiliki kondisi yang layak huni untuk kehidupan.

Referensi: “Transisi simetri yang didorong oleh tekanan dalam H . padat₂O ice” oleh Zachary M. Grande, C. Huy Pham, Dean Smith, John H. Boisvert, Chenliang Huang, Jesse S. Smith, Nir Goldman, Jonathan L. Belof, Oliver Tschauner, Jason H. Steffen, dan Ashkan Salamat, 17 Maret 2022, Tinjauan Fisik B.
DOI: 10.1103/PhysRevB.105.104109

Kolaborator di Lawrence Livermore National Laboratory menggunakan superkomputer besar untuk mensimulasikan penataan ulang ikatan—memprediksi bahwa transisi fase akan terjadi tepat di tempat yang diukur dengan eksperimen.

Kolaborator tambahan termasuk fisikawan UNLV Jason Steffen dan John Boisvert, ahli mineral UNLV Oliver Tschauner, dan ilmuwan dari Argonne National Laboratory dan University of Arizona.