Molekul air beku, senyawa melimpah di jagat raya, memainkan peran penting dalam pembentukan permukaan dan interior benda langit di tata surya kita. Di bulan-bulan es seperti Ganymede, Europa, dan Enceladus, es bukan hanya sekadar lapisan permukaan, namun juga pembentuk bentang alam yang keras. Dalam kondisi ekstrem, es dapat mengkristal menjadi struktur yang tak terduga.
Studi terbaru membuka cara baru untuk mengidentifikasi fase es unik di Ganymede melalui spektroskopi inframerah. Metode ini menjanjikan wawasan baru tentang interior bulan Jupiter tersebut.
Di Bumi, struktur es dipelajari menggunakan sinar-X atau berkas neutron. Karena instrumen besar sulit dibawa ke luar angkasa, peneliti mengembangkan metode spektroskopi inframerah yang dapat digunakan dari jarak jauh. Metode ini dapat diaplikasikan melalui Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) atau misi JUICE yang sedang menuju sistem Jupiter.
Hingga kini, 21 fase es telah diidentifikasi di laboratorium, dengan hanya satu bentuk, es Ih, yang ada di Bumi dalam kondisi normal. Kondisi ekstrem di planet lain memungkinkan pembentukan fase es yang berbeda, seperti di interior Ganymede.
Model menunjukkan bahwa Ganymede memiliki mantel es setebal 800 km, terdiri dari berbagai bentuk es bertekanan tinggi. Peneliti fokus pada es V dan es XIII, dua fase dengan pola atom oksigen serupa tetapi perbedaan pada susunan atom hidrogen.
Di laboratorium, peneliti menciptakan fase ini dengan mendinginkan air di bawah tekanan ekstrem. Kristal yang terbentuk tetap stabil pada suhu sangat rendah. Getaran pada ikatan hidrogen menghasilkan tanda khas dalam spektrum inframerah, memungkinkan perbedaan antara es V dan es XIII.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbedaan orientasi hidrogen dalam fase es dapat diidentifikasi dengan spektroskopi IR. Simulasi JWST memperkirakan pengamatan selama beberapa jam cukup untuk membedakan fase es di permukaan Ganymede.
Fase es yang terbentuk di bawah tekanan tinggi dapat bertahan saat mencapai permukaan, menjadi "jendela" alami untuk mempelajari interior bulan tersebut.
Misi sebelumnya telah membuktikan keberadaan lautan cair di antara lapisan es Ganymede. Dengan spektroskopi inframerah, ilmuwan dapat membedakan es Ih, es V, es XIII, dan es amorf tanpa membawa sampel ke Bumi. Pendekatan ini dapat menguji model teoritis tentang dinamika lapisan es di satelit-satelit luar.
Identifikasi es mungkin lebih sulit jika kristalnya kecil atau bercampur dengan es amorf. Namun, metode baru ini menjanjikan untuk menjawab pertanyaan mendasar mengenai struktur internal bulan es. Investasi besar dalam misi antariksa seperti JWST dan JUICE memerlukan eksperimen laboratorium untuk memaksimalkan pemahaman dan pemanfaatan data yang diperoleh.
