找寻系外生命“有戏”需要在同一地点观测几分钟

2021-07-29 16:45:48

这可能是人们探索其他行星生命之路上的一个里程碑:瑞士伯尔尼大学等机构的科学家,能从距离地面几公里的直升机上探测所有活生物体的关键分子特性。该技术也为地球遥感领域创造了新机会。近日,相关论文刊登于《天文学与天体物理学》。

伸出你的双手,左手和右手几乎是完美的镜像,但无论以何种方式被扭曲或翻转,它们都不能相互叠加。这就是左手手套无法适合右手的原因。在科学上,这种性质被称为手性。

事实上,分子也有手性。生物细胞中的大多数分子,如DNA,都具有手性。然而,生命分子几乎完全以“左手”或“右手”形式出现,因此它们是同手性的。虽然原因尚不清楚,但这种分子的同手性是生命的一种特征,也就是所谓的生物标志物。

研究人员现在已经成功地在离地面2公里、以70公里每小时速度飞行的飞机上探测到这种生命信号。该研究负责人、伯尔尼大学Jonas Kühn说:“最重要的是,这些测量是在一个移动、振动的平台上进行的,我们仍然能在几秒钟内检测到这些生物特征。”

“当光被生物反射时,一部分电磁波会以顺时针或逆时针的螺旋形式传播,这种现象被称为圆偏振,是由同手性引起的。”论文第一作者、伯尔尼大学博士后Lucas Patty说。

然而,测量这种圆偏振十分困难。因为其信号非常微弱,通常只占反射光的百分之一。为了测量它,该团队开发了一种叫作分光偏振计的专用设备。它由一个配备了特殊镜头的相机和接收器组成,能够将圆偏振与其他光线分开。

然而,即使有了这种精密装置,直到最近研究人员才得到新的结果。 Patty回忆道:“就在4年前,我们只能在非常近的距离(约20厘米)处探测到信号,而且需要在同一地点观测几分钟。”

之后,研究人员对仪器进行了升级,让检测更快速和稳定,同时也使得该仪器适合在空中测量圆偏振。

利用这种被称为“FlyPol”的仪器,在短短几秒钟内,研究人员就可以从快速移动的直升机上区分草地、森林和城市区域,甚至能够探测来自湖泊藻类的信号。

“我们希望能在国际空间站上进行类似探测。这将使我们能够评估行星尺度的生物特征的可探测性,进而利用偏振在太阳系内外寻找生命。”论文作者之一、伯尔尼大学天体物理学教授Brice-Olivier Demory说。

此外,Patty提到,因为信号直接关系到生命的分子组成及其功能,所以该技术也可以在地球遥感中提供有价值的补充信息。例如,它可以提供关于森林砍伐或植物疾病的信息,并帮助监测有毒藻华、珊瑚礁状况及其酸化等。

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