La recherche de la vie au-delà de la Terre se concentre généralement sur d'abord la recherche d'eau, la base de la vie telle que nous la connaissons. Que l'eau soit un gaz, liquide, ou solide, sa présence et sa composition peuvent en dire beaucoup aux chercheurs sur la planète, lune, comète, ou l'astéroïde sur lequel il est détecté et s'il pourrait soutenir la vie.

Parce que l'espace interstellaire est si froid et est principalement un vide, l'eau que nous détectons de la Terre est généralement sous forme de glace amorphe, ce qui signifie que sa structure atomique n'est pas arrangée d'une manière ordonnée dans un réseau cristallin comme la glace sur Terre. Comment la transition entre les phases de glace cristalline et amorphe se produit sur des corps glacés comme Europe ou sur des objets de la ceinture de Kuiper au-delà de Pluton, est difficile à étudier, sauf si vous pouvez imiter le froid, sombre vide de l'espace extra-atmosphérique, sous un rayonnement intense, dans un laboratoire.

C'est exactement ce que des scientifiques du laboratoire national d'Oak Ridge (ORNL) du département américain de l'Énergie (DOE) et du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, travaillent à l'ORNL Spallation Neutron Source (SNS). Ils ont abaissé la température d'une plaque de saphir monocristallin à 25 K (environ moins 414 degrés Fahrenheit), placé dans une chambre à vide, et ajouté quelques molécules d'eau à la fois - dans ce cas, eau lourde (D2O)–à la plaque. Ensuite, ils ont observé comment la structure de la glace changeait avec les variations de température avant de finalement former de la glace cristalline. L'équipe prévoit ensuite de simuler les corps glacés du système solaire en bombardant l'échantillon de rayonnement électronique pour déterminer comment cela influence la structure de la glace.

"L'expérience a produit une couche de glace amorphe semblable à la glace qui compose la majeure partie de l'eau dans tout l'univers, " a déclaré Chris Tulk, Scientifique de la diffusion des neutrons de l'ORNL. "C'est le même type de glace qui aurait pu se former sur les régions extrêmement froides et ombragées en permanence de la Lune, sur les régions polaires de la lune Europe de Jupiter, et dans la matière entre les étoiles de notre galaxie, connu sous le nom de nuages ​​moléculaires denses. Bien qu'une grande partie de la glace se soit probablement cristallisée sur les corps plus chauds, la glace fraîche sur les corps plus froids et dans l'espace lointain est probablement encore amorphe."

Les scientifiques espèrent répondre à des questions telles que la quantité de glace à la surface d'Europe, La deuxième plus petite lune de Jupiter, pourrait être de la glace amorphe en raison de l'irradiation de la surface par des particules chargées produites par le champ magnétique de Jupiter.

"Ces informations pourraient nous aider à mieux interpréter les données scientifiques du vaisseau spatial Europa Clipper et également fournir des indices sur l'évolution de la glace d'eau dans diverses parties de l'univers, " dit Murthy Gudipati, chercheur principal au JPL. "Avec une date de lancement prévue pour 2024, la mission Europa Clipper a pour objectif d'évaluer l'habitabilité d'Europe en étudiant son atmosphère, surface, et intérieur, y compris l'eau liquide sous la croûte glacée qui pourrait potentiellement soutenir la vie."

Les premières expériences de l'équipe ont été réalisées sur le diffractomètre Spallation Neutrons and Pressure (SNAP) du SNS, un instrument généralement utilisé pour les expériences à haute pression, mais que les scientifiques ont configuré pour imiter la dépression, environnement de froid extrême et de rayonnement élevé de l'espace. Les futures expériences utiliseront la diffusion inélastique des neutrons sur l'instrument VISION pour étudier la dynamique de la glace amorphe au fur et à mesure de sa formation. Les expériences utiliseront également le bombardement électronique pour étudier les changements de ces formes de glace exotiques dans un environnement de rayonnement spatial.