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隔空探“物”:找尋系外生命“有戲了”

2021-06-23 中國科學報 唐一塵
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  這可能是人們探索其他行星生命之路上的一個里程碑:瑞士伯爾尼大學等機構的科學家,能從距離地面幾公里的直升機上探測所有活生物體的關鍵分子特性。該技術也為地球遙感領域創造了新機會。近日,相關論文刊登于《天文學與天體物理學》。

  伸出你的雙手,左手和右手幾乎是完美的鏡像,但無論以何種方式被扭曲或翻轉,它們都不能相互疊加。這就是左手手套無法適合右手的原因。在科學上,這種性質被稱為手性。

  事實上,分子也有手性。生物細胞中的大多數分子,如DNA,都具有手性。然而,生命分子幾乎完全以“左手”或“右手”形式出現,因此它們是同手性的。雖然原因尚不清楚,但這種分子的同手性是生命的一種特征,也就是所謂的生物標志物。

  研究人員現在已經成功地在離地面2公里、以70公里每小時速度飛行的飛機上探測到這種生命信號。該研究負責人、伯爾尼大學Jonas Kühn說:“最重要的是,這些測量是在一個移動、振動的平臺上進行的,我們仍然能在幾秒鐘內檢測到這些生物特征?!?/p>

  “當光被生物反射時,一部分電磁波會以順時針或逆時針的螺旋形式傳播,這種現象被稱為圓偏振,是由同手性引起的?!闭撐牡谝蛔髡?、伯爾尼大學博士后Lucas Patty說。

  然而,測量這種圓偏振十分困難。因為其信號非常微弱,通常只占反射光的百分之一。為了測量它,該團隊開發了一種叫作分光偏振計的專用設備。它由一個配備了特殊鏡頭的相機和接收器組成,能夠將圓偏振與其他光線分開。

  然而,即使有了這種精密裝置,直到最近研究人員才得到新的結果。 Patty回憶道:“就在4年前,我們只能在非常近的距離(約20厘米)處探測到信號,而且需要在同一地點觀測幾分鐘?!?/p>

  之后,研究人員對儀器進行了升級,讓檢測更快速和穩定,同時也使得該儀器適合在空中測量圓偏振。

  利用這種被稱為“FlyPol”的儀器,在短短幾秒鐘內,研究人員就可以從快速移動的直升機上區分草地、森林和城市區域,甚至能夠探測來自湖泊藻類的信號。

  “我們希望能在國際空間站上進行類似探測。這將使我們能夠評估行星尺度的生物特征的可探測性,進而利用偏振在太陽系內外尋找生命?!闭撐淖髡咧?、伯爾尼大學天體物理學教授Brice-Olivier Demory說。

  此外,Patty提到,因為信號直接關系到生命的分子組成及其功能,所以該技術也可以在地球遙感中提供有價值的補充信息。例如,它可以提供關于森林砍伐或植物疾病的信息,并幫助監測有毒藻華、珊瑚礁狀況及其酸化等。

  相關論文信息:https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140845

打印 責任編輯:閻芳
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