La ricerca della vita oltre la Terra si concentra tipicamente sulla prima ricerca dell'acqua, la base per la vita come la conosciamo. Se l'acqua è un gas, liquido, o solido, la sua presenza e composizione possono dire molto ai ricercatori sul pianeta, Luna, cometa, o asteroide su cui è stato rilevato e se potrebbe supportare la vita.

Poiché lo spazio interstellare è così freddo ed è principalmente un vuoto, l'acqua che rileviamo dalla Terra è solitamente sotto forma di ghiaccio amorfo, il che significa che la sua struttura atomica non è disposta ordinatamente in un reticolo cristallino come il ghiaccio sulla Terra. Come avviene la transizione tra le fasi del ghiaccio cristallino e amorfo su corpi ghiacciati come Europa o su oggetti della fascia di Kuiper oltre Plutone, è difficile da studiare, a meno che tu non sappia imitare il freddo, vuoto oscuro dello spazio esterno, sotto radiazioni intense, in un laboratorio.

Questo è esattamente ciò che gli scienziati del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Oak Ridge National Laboratory (ORNL) e del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, stanno lavorando all'ORNL Spallation Neutron Source (SNS). Hanno abbassato la temperatura di una lastra di zaffiro a cristallo singolo a 25 K (circa meno 414 gradi Fahrenheit), lo mise in una camera a vuoto, e ha aggiunto solo poche molecole alla volta di acqua, in questo caso, acqua pesante (D2O) – alla piastra. Quindi hanno osservato come la struttura del ghiaccio cambiasse al variare della temperatura prima di formare finalmente ghiaccio cristallino. Il team prevede poi di simulare i corpi ghiacciati del sistema solare bombardando il campione con radiazioni di elettroni per determinare come questo influenzi la struttura del ghiaccio.

"L'esperimento ha prodotto uno strato di ghiaccio amorfo simile al ghiaccio che costituisce la maggior parte dell'acqua in tutto l'universo, " ha detto Chris Tulk, Scienziato dello scattering di neutroni dell'ORNL. "Questo è lo stesso tipo di ghiaccio che potrebbe essersi formato sulle regioni estremamente fredde e permanentemente in ombra della Luna, sulle regioni polari della luna di Giove Europa, e dentro la materia tra le stelle della nostra galassia, note come nubi molecolari dense. Sebbene gran parte del ghiaccio si sia ormai probabilmente cristallizzato sui corpi più caldi, il ghiaccio fresco sui corpi più freddi e nello spazio profondo è probabilmente ancora amorfo".

Gli scienziati sperano di rispondere a domande come la quantità di ghiaccio sulla superficie di Europa, La seconda luna più piccola di Giove, potrebbe essere ghiaccio amorfo a causa dell'irradiazione della superficie da parte di particelle cariche prodotte dal campo magnetico di Giove.

"Queste informazioni potrebbero aiutarci a interpretare meglio i dati scientifici della navicella spaziale Europa Clipper e fornire anche alcuni indizi su come si evolve il ghiaccio d'acqua in varie parti dell'universo, " disse Murthy Gudipati, ricercatore senior presso JPL. "Con una data di lancio prevista per il 2024, l'obiettivo della missione Europa Clipper è valutare l'abitabilità di Europa studiando la sua atmosfera, superficie, e interni, compresa l'acqua liquida sotto la crosta ghiacciata che potrebbe potenzialmente sostenere la vita".

Gli esperimenti iniziali del team sono stati eseguiti sul diffrattometro di Spallation Neutrons and Pressure (SNAP) presso SNS, uno strumento tipicamente utilizzato per esperimenti ad alta pressione, ma che gli scienziati hanno configurato per imitare la bassa pressione, ambiente dello spazio estremamente freddo e ad alta radiazione. Esperimenti futuri utilizzeranno la diffusione anelastica di neutroni sullo strumento VISION per studiare la dinamica del ghiaccio amorfo mentre si forma. Gli esperimenti utilizzeranno anche il bombardamento di elettroni per studiare i cambiamenti in queste esotiche forme di ghiaccio in un ambiente con radiazioni spaziali.