從高海拔地區(qū)探測到生命的一個關(guān)鍵特性

將雙手舉在臉前。對于大多數(shù)人來說，它們將是彼此的鏡像副本：你可以將它們放在手掌對手掌上，它們會匹配，但你不能疊加它們。

分子也表現(xiàn)出這種手性或手性。它們以兩種鏡像的、不可疊加的形式結(jié)構(gòu)。這是一個令人著迷的生命怪癖，幾乎所有的生物分子都只能以兩種形式中的一種起作用。

天然氨基酸是蛋白質(zhì)的組成部分，是幾乎總是左撇子或 sinistral。另一方面，構(gòu)成 RNA 和 DNA 的天然糖幾乎總是右旋糖或右旋糖。如果你用其他形式替換這些分子中的任何一個，整個系統(tǒng)就會崩潰。

這種怪癖被稱為同手性。我們不確定為什么會發(fā)生這種情況，但它被認為是生命的一個關(guān)鍵屬性。早在 2021 年，科學(xué)家們就從一架以每小時 70 公里（43.5 英里/小時）的速度飛行的直升機上檢測到分子同手性，高度為 2 公里（1.2 英里）。

你問他們?yōu)槭裁匆鲞@樣的事情？看看我們是否能探測到其他行星上的分子同手性，尋找外星生命。

即使在地球上，能夠從高度測量這個信號也是有用的，因為它可以揭示有關(guān)植物健康的信息。

“當光被生物物質(zhì)反射時，光的一部分電磁波將順時針或逆時針螺旋傳播，”物理學(xué)家盧卡斯·帕蒂（Lucas Patty）解釋道2021年6月在瑞士伯爾尼大學(xué)。

“這種現(xiàn)象被稱為圓極化，是由生物物質(zhì)的同手性引起的。類似的光螺旋不是由非生物的非生命自然界產(chǎn)生的。

然而，正如你所料，這個信號非常微弱。植被的圓偏振占反射光的不到1%。

一種可以檢測偏振光信號的儀器稱為分光偏振儀，它使用特殊的傳感器來分離偏振部分。

幾年來，Patty和他的團隊一直在研究一種高靈敏度的光譜偏振儀，用于檢測植被的圓偏振。叫樹波爾，它可以在幾公里外積極探測到圓偏振。

然后，他們調(diào)整了 TreePol 的飛行，升級了光譜儀并增加了光學(xué)器件的溫度控制。這種新設(shè)計稱為 FlyPol。

當 Patty 和他的團隊使用 FlyPol 在瑞士的 Val-de-Travers 和 Le Locle 上空飛行時，這些升級帶來的改進立即顯現(xiàn)出來。

“重大的進步是，這些測量是在移動、振動的平臺上進行的，我們?nèi)匀辉趲酌腌妰?nèi)檢測到這些生物特征，”天文學(xué)家喬納斯·庫恩（Jonas Kühn）說伯爾尼大學(xué)和 MERMOZ 項目（監(jiān)測計劃Etary suRfaces with Modern pOlarimetric characteriZation）。

FlyPol 不僅可以隔離圓偏振信號并將其與柏油路等非生物表面區(qū)分開來。該團隊可以用它來區(qū)分各種類型的植被，例如草，森林甚至湖泊中的藻類 - 所有這些都來自快速移動的直升機。

研究人員說，這可能開辟一種全新的方法來監(jiān)測各種植被生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，甚至可能是珊瑚礁。但他們還沒有完成完善它。他們希望將其速度提高到大約 27,580 公里/小時，高度達到 400 公里——近地軌道。

“我們希望采取的下一步是從國際空間站（ISS）進行類似的探測，俯視地球。天體物理學(xué)家Brice-Olivier Demory說伯爾尼大學(xué)和MERMOZ。

在那個高度，分辨率不會那么好 - 也許是6到7公里 - 但它將能夠幫助研究人員改進他們的光譜偏振儀，并看到它在更極端的尺度上工作得如何。

“這將使我們能夠評估行星尺度生物特征的可探測性。這一步對于利用偏振尋找太陽系內(nèi)外的生命具有決定性意義。德莫里說.

該研究已發(fā)表在天文學(xué)與天體物理學(xué).

本文最初發(fā)表于2021年6月。

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