科學家成功遠程檢測生命特徵


這可能是探測其他行星生命之路上的一個里程碑:瑞士伯爾尼大學(University of Bern)和國家研究能力中心 (National Center of Competence in Research)喬納斯·庫恩 (Jonas Kühn) 領導下的科學家從一架離地面數公里的直升機上探測到所有生物體的關鍵分子特性。測量技術還可以為地球遙感提供機會。

左手和右手幾乎是彼此完美的鏡像。但無論怎麼扭曲,都無法疊加。這就是為什麼左手套根本不適合右手以及適合左手的原因。在科學中,這種特性被稱為手性(chirality)。

就像手是手性的一樣,分子也可以是手性的。事實上,生物體細胞中的大多數分子,例如:去氧核糖核酸(DNA),都是手性的。然而,與通常成對出現的左手和右手不同,生命分子幾乎完全以左手或右手版本出現。正如研究人員所說,它們是同手性的。為什麼會這樣,目前還不清楚。但這種分子同手性是生命的特徵,即所謂的生物印記。

伯爾尼大學「現代極化表徵監測行星表面」(Monitoring planEtary suRfaces with Modern pOlarimetric characteriZation,簡稱 MERMOZ)計劃團隊現成功從兩公里的距離,在時速七十公里移動的平台上,只需幾秒鐘已經檢測到這些生物特徵。

伯爾尼大學博士後研究員盧卡斯·帕蒂(Lucas Patty)指出,當光被生物物質反射時,光的一部分電磁波將以順時針或逆時針螺旋傳播。這種現象稱為圓偏振,是由生物物質的同手性引起。自然界的死物不會產生類似的圓形螺旋光偏振。

然而,測量這種圓極化偏振具有挑戰性。 因為訊號非常微弱,通常只佔反射光的不到1%。 為了測量它,硏究團隊開發了一種稱為分光偏振計的專用設備。 它由配備特殊鏡頭和接收器的相機組成,能夠將圓偏振光與其它的光分開。

然而,即使使用這種精心設計的設備,直到最近才可能獲得新的結果。就在四年前,我們只能從非常近的距離(大約 二十厘米)檢測到訊號。儀器升級後,只需要觀察同一個點幾分鐘,就可以穩定的檢測到圓偏振中的訊號,強度即使距離很遠也仍然存在,這使得該儀器適合首次空中圓極化測量。

使用這種稱為飛行偏光(FlyPol)分光光度計的升級儀器,只需幾秒鐘的測量,他們就可以通過快速移動的直升機區分草地、森林和城市地區。測量結果很容易顯示生物體呈現出特徵極化訊號,而例如道路,則沒有顯示出任何明顯的圓極化訊號。使用當前的設置,它們甚至能夠檢測來自湖泊中藻類的訊號。

成功測試之後,科學家希望走得更遠。 下一步是從國際太空站進行類似的探測,俯視地球。這將使我們能夠評估行星尺度生物特徵的可探測性。這一步將決定性地使使用極化在太陽系內外尋找生命。

對這些圓偏振訊號的靈敏觀察不僅對未來的生命探測任務很重要。帕蒂解釋說:「由於訊號與生命的分子組成及其功能直接相關,因此它還可以在地球遙感中提供有價值的補充資料。例如,它可以提供有關森林砍伐或植物病害的數據。甚至有可能在監測有毒藻華、珊瑚礁及其酸化效應時實施圓極化。

【圖、文:節譯自瑞士伯爾尼大學2021年6月18日新聞公佈】研究全文刊登在2021年5月18日出版的《天文及天體物理學報》

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