Tìm manh mối về nước trên hành tinh khác nhờ phân tử băng

Nhóm nghiên cứu một trường đại học Mỹ cho biết dạng phân tử băng mới có khối lượng riêng thấp nhất từ trước tới nay có thể hé lộ nhiều manh mối về nước trên hành tinh khác.

Cấu trúc của loại băng thứ 18. Ảnh: Yingying Huang/Chongqin Zhu

Theo Science Alert, loại băng mới nếu được chế tạo thành công sẽ là dạng kết tinh thứ 18 của nước. Tuy nhiên, do tình cờ hai loại đầu tiên cùng được đặt tên là Băng I, nó sẽ mang tên gọi "Băng XVII" (17). Đây cũng là loại băng đầu tiên được tạo ra tại Mỹ từ trước Thế Chiến II.

"Chúng tôi đã tính toán rất nhiều, loại băng này có lẽ sẽ là loại nhẹ nhất tới nay", nhà hóa học Xiao Cheng Zeng, Đại học Nebraska-Lincoln nói. "Rất nhiều người quan tâm đến việc dự đoán một cấu trúc băng mới vượt xa các giới hạn".

Để làm được điều đó, các nhà nghiên cứu sử dụng một thuật toán tính toán và mô phỏng phân tử để dự đoán dạng phân tử mới của nước đóng băng. Nếu được tạo ra thành công, nó sẽ có khối lượng riêng nhẹ hơn loại băng đang giữ kỷ lục nhẹ nhất, được các nhà khoa học châu Âu phát triển vào năm 2014.

Các mô phỏng giúp các nhà khoa học xác định phạm vi giới hạn của áp suất và nhiệt độ yêu cầu cho loại băng dự đoán. Cấu hình này sẽ có dạng mắt lưới, với một loạt các phân tử nước tạo ra một cấu trúc lồng vào nhau giống như một cái lồng.

Trước đây, người ta cho rằng chỉ có thể duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc này nếu có một phân tử khác loại nằm bên trong. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tính toán rằng cấu trúc mới có thể ổn định mà không cần yếu tố này.

Quy trình tạo ra loại băng mới cũng không hề đơn giản. Các phân tử nước cần phải được đặt trong một không gian kín ở một áp suất rất cao, tùy thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ -23,3 độ C cần phải có áp suất lớn hơn cả áp suất tại đáy sâu nhất của Thái Bình Dương.

Tại sát điểm 0 tuyệt đối, -273 độ C, áp suất sẽ giống như bị đè dưới 300 máy bay phản lực cỡ lớn tại mực nước biển. Ở tại các mức áp suất này, tinh thể băng sẽ được hình thành bằng cách hút các phân tử không phải nước ra. Đây không phải là các điều kiện hình thành băng tự nhiên trên Trái Đất, nhưng có thể là ở các hành tinh xa xôi khác.

"Nghiên cứu nước và băng luôn rất thú vị, do nó có liên hệ tới con người và sự sống", Zeng nói. "Băng trong tự nhiên có khối lượng riêng thấp, nằm bên trên bảo vệ nước lỏng bên dưới. Nếu nó nặng hơn, băng sẽ hình thành từ dưới lên và không loài nào sống nổi. Sự kết hợp của tự nhiên quả thật quá hoàn hảo".

Phát hiện này đã được đăng tải trên tạp chí Science Advances hôm 12/2.

Nguyễn Thành Minh