從高海拔地區(qū)探測(cè)到生命的一個(gè)關(guān)鍵特性

將雙手舉在臉前。對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，它們將是彼此的鏡像副本：你可以將它們放在手掌對(duì)手掌上，它們會(huì)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(gè)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(gè)，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)崩潰。

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

你問(wèn)他們?yōu)槭裁匆鲞@樣的事情？看看我們是否能探測(cè)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(cè)量這個(gè)信號(hào)也是有用的，因?yàn)樗梢越沂居嘘P(guān)植物健康的信息。

“當(dāng)光被生物物質(zhì)反射時(shí)，光的一部分電磁波將順時(shí)針或逆時(shí)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(gè)信號(hào)非常微弱。植被的圓偏振占反射光的不到1%。

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

幾年來(lái)，Patty和他的團(tuán)隊(duì)一直在研究一種高靈敏度的光譜偏振儀，用于檢測(cè)植被的圓偏振。叫樹(shù)波爾，它可以在幾公里外積極探測(cè)到圓偏振。

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

當(dāng) Patty 和他的團(tuán)隊(duì)使用 FlyPol 在瑞士的 Val-de-Travers 和 Le Locle 上空飛行時(shí)，這些升級(jí)帶來(lái)的改進(jìn)立即顯現(xiàn)出來(lái)。

“重大的進(jìn)步是，這些測(cè)量是在移動(dòng)、振動(dòng)的平臺(tái)上進(jìn)行的，我們?nèi)匀辉趲酌腌妰?nèi)檢測(cè)到這些生物特征，”天文學(xué)家喬納斯·庫(kù)恩（Jonas Kühn）說(shuō)伯爾尼大學(xué)和 MERMOZ 項(xiàng)目（監(jiān)測(cè)計(jì)劃Etary suRfaces with Modern pOlarimetric characteriZation）。

FlyPol 不僅可以隔離圓偏振信號(hào)并將其與柏油路等非生物表面區(qū)分開(kāi)來(lái)。該團(tuán)隊(duì)可以用它來(lái)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(lái)自快速移動(dòng)的直升機(jī)。

研究人員說(shuō)，這可能開(kāi)辟一種全新的方法來(lái)監(jiān)測(cè)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(méi)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(shí)，高度達(dá)到 400 公里——近地軌道。

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

在那個(gè)高度，分辨率不會(huì)那么好 - 也許是6到7公里 - 但它將能夠幫助研究人員改進(jìn)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(píng)估行星尺度生物特征的可探測(cè)性。這一步對(duì)于利用偏振尋找太陽(yáng)系內(nèi)外的生命具有決定性意義。德莫里說(shuō).

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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