Para ilmuwan telah berhasil menciptakan bentuk es baru yang unik, yang terbentuk pada suhu ruang. Penemuan revolusioner ini menantang pemahaman konvensional kita tentang perilaku air dan membuka jalan bagi eksplorasi kondisi ekstrem di lingkungan lain, seperti bulan-bulan es di tata surya kita. Lebih dari sekadar inovasi ilmiah, penemuan ini memberikan wawasan baru mengenai sifat kompleks air dan potensinya dalam berbagai kondisi tekanan dan suhu. Es yang biasanya kita kenal terbentuk di suhu beku, namun penelitian terbaru ini membuktikan bahwa es dapat berwujud dalam kondisi yang sebelumnya dianggap mustahil. Eksplorasi fase-fase es ini membantu kita memahami lebih dalam tentang komposisi dan dinamika benda-benda langit yang jauh. Tim peneliti internasional yang berada di balik terobosan ini menggunakan fasilitas sinar-X canggih untuk mengamati dan menganalisis pembentukan es baru ini, yang diberi nama ice XXI.
Ice XXI: Es yang Lahir dari Tekanan Ekstrem
Berbeda dengan bentuk es lainnya, ice XXI terbentuk bukan karena suhu dingin, melainkan karena tekanan ekstrem. Air cair dikompresi dengan sangat cepat pada tekanan yang luar biasa tinggi, bahkan saat berada pada suhu ruang. Kondisi ini menciptakan apa yang disebut sebagai supercompressed water, atau air yang mengalami tekanan super. Yang menarik, ice XXI tergolong sebagai jenis metastabil. Artinya, ia dapat bertahan sementara meskipun seharusnya ada bentuk es lain yang lebih stabil dalam kondisi serupa.
Fenomena ini memberikan petunjuk penting tentang bagaimana air dapat berubah bentuk di bawah tekanan tinggi, seperti yang terjadi jauh di dalam bulan-bulan es seperti Titan dan Ganymede yang mengorbit planet Jupiter dan Saturnus. Kondisi ekstrem di interior bulan-bulan ini, dengan tekanan yang sangat tinggi, memungkinkan terbentuknya fase-fase es yang belum pernah kita lihat sebelumnya di Bumi. Pemahaman tentang fase-fase es ini membantu kita untuk membuat model yang lebih akurat tentang struktur dan komposisi interior bulan-bulan es tersebut.
Rahasia dari Molekul Sederhana Air
Meskipun hanya terdiri dari dua unsur sederhana—hidrogen dan oksigen—air adalah salah satu zat paling kompleks di alam semesta. Dalam keadaan padat, air dapat membentuk berbagai struktur kristal tergantung pada tekanan dan suhu yang diberikan. Struktur-struktur ini dikenal sebagai fase es, dan hingga saat ini, para ilmuwan telah mengidentifikasi lebih dari 20 fase es yang berbeda. Setiap fase memiliki susunan molekul yang unik, yang memengaruhi sifat fisiknya.
Menurut Geun Woo Lee, seorang peneliti dari KRISS (Korea Research Institute of Standards and Science), kompresi cepat membuat air tetap cair hingga tekanan yang seharusnya sudah membuatnya menjadi es VI—fase es yang diperkirakan ada di interior bulan-bulan es. Struktur es VI yang "terdistorsi" inilah yang mungkin memungkinkan munculnya berbagai bentuk es metastabil seperti ice XXI. Eksperimen ini menggunakan diamond anvil cell—alat yang menjepit setetes air di antara dua ujung berlian yang sangat keras untuk meningkatkan tekanan.
Menangkap Detik-Detik Pembentukan Es Baru
Proses pembentukan ice XXI berhasil diamati menggunakan kilatan sinar-X berkecepatan sangat tinggi dari European XFEL (European X-Ray Free-Electron Laser Facility). Dalam percobaan, air dikompresi hingga dua gigapascal dalam waktu hanya 10 milidetik, lalu tekanan dilepas selama satu detik. Proses ini diulang ribuan kali untuk mendapatkan data yang cukup. Dengan sinar-X yang memotret setiap mikrodetik, para ilmuwan dapat membuat semacam film yang memperlihatkan bagaimana air berubah menjadi es dalam tekanan ekstrem.
Teknologi ini memungkinkan para peneliti untuk melihat perubahan fase air secara real-time dan memahami mekanisme pembentukan ice XXI. Analisis lebih lanjut di fasilitas PETRA III menunjukkan bahwa ice XXI memiliki struktur kristal tetragonal—seperti kubus yang sedikit terdistorsi—dengan unit sel berukuran besar yang jarang ditemukan pada bentuk es lain. Data dari PETRA III memberikan informasi penting tentang struktur atom ice XXI dan bagaimana struktur ini memengaruhi sifat-sifatnya.
Implikasi Penemuan Es Baru di Suhu Ruang
Penemuan ini menunjukkan bahwa mungkin masih banyak bentuk es metastabil lain yang bisa muncul pada suhu tinggi dan tekanan ekstrem. "Penemuan ini memberi wawasan baru tentang kemungkinan komposisi dan dinamika di dalam bulan-bulan es," kata Rachel Husband dari tim HIBEF (Helmholtz International Beamline for Extreme Fields). Baik DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) maupun European XFEL kini terus memperdalam penelitian tentang air—melalui proyek Centre for Molecular Water Science dan program Water Call.
Penelitian tentang air dalam kondisi ekstrem memiliki implikasi yang luas, mulai dari pemahaman tentang pembentukan planet hingga pengembangan material baru dengan sifat yang tidak biasa. "Luar biasa melihat hasil menakjubkan dari inisiatif Water Call kami," ujar Sakura Pascarelli, Direktur Sains European XFEL. "Penemuan ice XXI ini hanyalah permulaan dari banyak kejutan lain yang menanti." Eksplorasi lebih lanjut tentang fase-fase es ini diharapkan dapat mengungkap rahasia-rahasia alam semesta dan membuka jalan bagi inovasi teknologi baru.