Bisnis.com, JAKARTA—Sebuah metode teoritis baru membuka jalan untuk memodelkan interior raksasa es Uranus dan Neptunus, berkat simulasi komputer pada air yang terkandung di dalamnya.
Alat tersebut dikembangkan oleh para ilmuwan dari SISSA di Trieste dan University of California di Los Angeles dan penelitiannya baru-baru ini diterbitkan di jurnal Nature pada kategori Communications.
Penelitian itu dipublikasikan pada 17 Juli 2020 dengan judul Heat and charge transport in H2O at ice-giant conditions from ab initio molecular dynamics simulations.
Alat itu memungkinkan seseorang untuk menganalisis proses termal dan listrik yang terjadi pada kondisi fisik yang seringkali tidak mungkin untuk mereproduksi secara eksperimental, dengan cara yang jauh lebih mudah dan pendekatan berbiaya rendah.
Dalam penelitian ini, para ilmuwan telah menganalisis konduksi listrik dan panas air di bawah kondisi suhu dan tekanan ekstrim, seperti yang terjadi di dalam planet raksasa es serta di banyak exo-planet di luarnya.
Sebenarnya, menyelidiki fenomena yang terjadi di bawah permukaannya adalah kunci untuk memahami evolusi benda-benda langit ini, untuk menentukan usia mereka, dan untuk menjelaskan geometri dan evolusi medan magnetnya.
Dalam risetnya, Federico Grasselli dan Stefano Baroni menjelaskan hidrogen dan oksigen adalah elemen paling umum di alam semesta, bersama dengan helium. Mudah untuk menyimpulkan bahwa air adalah salah satu penyusun utama dari banyak benda langit.
“Ganymede dan Europe, satelit Jupiter, dan Enceladus, satelit Saturnus, menyajikan permukaan es di bawah samudra air. Neptunus dan Uranus kemungkinan besar juga terdiri dari air,” kata mereka seperti dikutip dari laman Phys.org, Senin (10/8/2020).
Mereka menambahkan pengetahuan kita tentang interior planet didasarkan pada fitur permukaan planet dan medan magnet, yang dipengaruhi oleh karakteristik fisik dari struktur internalnya, seperti pengangkutan energi, massa, dan muatan melalui lapisan perantara internal.
Oleh karena itu, mereka mengembangkan metode teoritis dan komputasi untuk menghitung konduktivitas termal dan listrik air, dalam fase dan kondisi yang terjadi di benda langit tersebut.
“Mulai dari simulasi mutakhir pada dinamika mikroskopis dari beberapa ratus atom dan menggabungkan sifat kuantum elektron tanpa pendekatan ad-hoc lebih lanjut. Dengan simulasi skala atom untuk pecahan nanodetik, kami dapat memahami apa yang terjadi pada massa yang sangat besar dalam skala waktu miliaran tahun," jelasnya.
Para ilmuwan menganalisis tiga fase air yang berbeda: es, cair, dan superionik, di bawah kondisi suhu dan tekanan ekstrem yang khas dari lapisan internal planet-planet ini. Mereka menjelaskan dalam kondisi fisik yang eksotis, kita tidak dapat memikirkan es seperti biasanya.
Bahkan, lanjutnya, air sebenarnya berbeda, lebih padat, dengan beberapa molekul terdisosiasi menjadi ion positif dan negatif, sehingga membawa muatan listrik. Air superionik terletak di sana.
“Di suatu tempat antara fase cair dan padat, atom oksigen dari molekul H2O diatur dalam kisi kristal, sementara atom hidrogen berdifusi bebas seperti dalam fluida bermuatan," ujarnya.
Studi tentang arus panas dan listrik yang dihasilkan oleh air dalam tiga bentuk berbeda ini penting untuk menjelaskan banyak masalah yang belum terpecahkan. Kedua ilmuwan tersebut juga menyatakan bahwa arus listrik internal berada di dasar medan magnet Planet.
Menurut mereka, jika kita memahami bagaimana aliran pertama, kita dapat belajar lebih banyak tentang yang terakhir. Bahkan, koefisien transportasi termal dan listrik menentukan sejarah planet, bagaimana dan kapan ia terbentuk, bagaimana ia mendingin.
“Oleh karena itu, sangat penting untuk menganalisisnya dengan alat yang sesuai, seperti yang telah kami kembangkan. Khususnya, sifat konduksi panas yang muncul dari penelitian kami, memungkinkan kami untuk berhipotesis bahwa keberadaan inti beku dapat menjelaskan luminositas Uranus yang sangat rendah karena fluks panas yang sangat rendah dari interiornya ke permukaan,” jelasnya.
Konduktivitas listrik yang ditemukan untuk fasa superionik jauh lebih besar daripada yang diasumsikan dalam model pembangkitan medan magnet sebelumnya di Uranus dan Neptunus.
Pasalnya, air superionik dianggap mendominasi lapisan planet yang padat dan lamban di bawah wilayah fluida konvektif di mana medan magnetnya dihasilkan, bukti baru ini dapat berdampak besar pada studi geometri dan evolusi medan magnet kedua planet.
