A busca por vida fora da Terra normalmente se concentra em primeiro procurar por água, a base para a vida como a conhecemos. Quer a água seja um gás, líquido, ou sólido, sua presença e composição podem dizer muito aos pesquisadores sobre o planeta, lua, cometa, ou asteróide no qual é detectado e se ele poderia sustentar vida.

Como o espaço interestelar é tão frio e basicamente um vácuo, a água que detectamos da Terra está geralmente na forma de gelo amorfo, o que significa que sua estrutura atômica não está organizada perfeitamente em uma rede cristalina como o gelo na Terra. Como a transição entre as fases cristalina e amorfa do gelo ocorre em corpos gelados como Europa ou em Objetos do Cinturão de Kuiper além de Plutão, é difícil de estudar - a menos que você possa imitar o frio, vácuo escuro do espaço sideral, sob intensa radiação, em um laboratório.

Isso é exatamente o que os cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge (ORNL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, estão trabalhando no ORNL Spallation Neutron Source (SNS). Eles baixaram a temperatura de uma única placa de safira de cristal para 25 K (cerca de 414 graus Fahrenheit negativos), colocado em uma câmara de vácuo, e adicionamos apenas algumas moléculas por vez de água - neste caso, água pesada (D2O) - para a placa. Em seguida, eles observaram como a estrutura do gelo mudou com a variação da temperatura antes de finalmente formar gelo cristalino. A próxima equipe planeja simular os corpos gelados do sistema solar bombardeando a amostra com radiação de elétrons para determinar como isso influencia a estrutura do gelo.

"O experimento produziu uma camada de gelo amorfo semelhante ao gelo que constitui a maior parte da água em todo o universo, "disse Chris Tulk, Cientista de espalhamento de nêutrons de ORNL. "Este é o mesmo tipo de gelo que poderia ter se formado nas regiões extremamente frias e permanentemente sombreadas da Lua, nas regiões polares da lua de Júpiter, Europa, e dentro do material entre as estrelas em nossa galáxia, conhecidas como nuvens moleculares densas. Embora grande parte do gelo já tenha provavelmente se cristalizado nos corpos mais quentes, o gelo fresco em corpos mais frios e no espaço profundo provavelmente ainda é amorfo. "

Os cientistas esperam responder a perguntas como a quantidade de gelo na superfície da Europa, A segunda menor lua de Júpiter, poderia ser gelo amorfo como resultado da superfície sendo irradiada por partículas carregadas produzidas pelo campo magnético de Júpiter.

"Esta informação pode nos ajudar a interpretar melhor os dados científicos da espaçonave Europa Clipper e também fornecer algumas pistas sobre como o gelo de água evolui em várias partes do universo, "disse Murthy Gudipati, cientista pesquisador sênior do JPL. "Com uma data de lançamento planejada para 2024, o objetivo da missão Europa Clipper é avaliar a habitabilidade da Europa através do estudo de sua atmosfera, superfície, e interior, incluindo água líquida sob a crosta gelada que poderia potencialmente sustentar a vida. "

Os experimentos iniciais da equipe foram realizados no difratômetro de Spallation Neutrons and Pressure (SNAP) no SNS, um instrumento normalmente usado para experimentos de alta pressão, mas que os cientistas configuraram para imitar a baixa pressão, ambiente de frio extremo e alta radiação do espaço. Experimentos futuros empregarão espalhamento inelástico de nêutrons no instrumento VISION para estudar a dinâmica do gelo amorfo conforme ele se forma. Os experimentos também empregarão bombardeio de elétrons para estudar as mudanças nessas formas exóticas de gelo em um ambiente de radiação espacial.