دانشمندان شواهد زندگی را از راه دور تشخیص می‌دهند
تصویری شماتیک از دستگاه طیف سنجی FlyPol. اعتبار تصویر: لوکاس پتی.
این امر می‌تواند یک نقطه عطف در مسیر کشف حیات در سایر سیارات باشد: دانشمندان تحت رهبری دانشگاه برن و مرکز ملی توانایی در تحقیقات (NCCR) سیارات یک ویژگی مولکولی کلیدی موجودات زنده را توسط پرواز یک هلی‌کوپتر در چندین کیلومتری از سطح زمین شناسایی می‌کنند. این فناوری اندازه‌گیری همچنین می‌تواند فرصت هایی را برای سنجش از راه دور فراهم کند.
دست چپ و دست راست تقریباً تصاویر آینه‌ای کاملی از یکدیگر هستند. دو دست انسان در عین شباهت بسیار زیاد، با یکدیگر کاملاً منطبق نیستند.به همین دلیل است که دستکش چپ به راحتی متناسب با دست راست نخواهد بود. در علم، این خاصیت را دست‌سانی یا کایرالیته می‌گویند.
درست مثل دستان کایرال، مولکولها نیز می‌توانند کایرال باشند. در حقیقت، بیشتر مولکولهای موجود در سلولهای موجودات زنده مانند DNA کایرال هستند. برخلاف دستها، اما معمولاً به صورت جفت چپ و راست قرار می‌گیرند، مولکولهای زندگی تقریباً فقط در نسخه “چپ دست” یا “راست دست” آنها اتفاق می‌افتد. همانطور که محققان می‌گویند، آنها هموچیرال هستند. چرا این هنوز روشن نیست. اما این همخوانی مولکولی یک ویژگی مشخصه زندگی است، اصطلاحاً امضای زیستی است.
به عنوان بخشی از پروژه MERMOZ، یک تیم بین‌المللی به رهبری دانشگاه برن و مرکز ملی صلاحیت در تحقیقات NCCR PlanetS اکنون موفق به کشف این امضا از فاصله 2 کیلومتری و با سرعت 70 کیلومتر در ساعت شدند.
“هنگامی که نور توسط ماده بیولوژیکی منعکس می‌شود، بخشی از امواج الکترومغناطیسی نور در جهت عقربه‌های ساعت یا خلاف جهت عقربه‌های ساعت حرکت می‌کند. این پدیده قطبش دایره‌ای نامیده می‌شود و ناشی از همسان بودن ماده بیولوژیکی است. مارپیچهای مشابه نور توسط غیرجاندار تولید نمی‌شود”.
ابزار اسپکتروپلاریمتر FlyPol در داخل هلی‌کوپتر که تیم با آن آزمایش را انجام داده است. اعتبار تصویر: جوناس کوهن
اندازه‌گیری این قطبش دایره‌ای چالش‌برانگیز است. سیگنال کاملاً کم است و معمولاً کمتر از یک درصد از نور را منعکس می‌کند. برای اندازه‌گیری آن، تیم یک دستگاه اختصاصی به نام اسپکتروپلاریمتر تولید کردند. این دوربین شامل یک دوربین مجهز به لنزها و گیرنده‌های ویژه است که می‌توانند قطبش دایره‌ای را از بقیه نور جدا کنند.
با این وجود حتی با این دستگاه پیچیده، نتایج جدید تا همین اواخر غیرممکن بود. “فقط 4 سال پیش، ما می‌توانستیم سیگنال را فقط از فاصله بسیار نزدیک، حدود 20 سانتی‌متر، تشخیص دهیم“.
همانطور که لوکاس پتی یادآوری می‌کند، برای چندین دقیقه یک نقطه را مشاهده کنید. “اما به روزرسانی سازه‌ای که او و همکارانش ساخته‌اند، امکان تشخیص سریعتر و پایدارتر را فراهم می‌کند و قدرت امضا در قطبش دایره‌ای حتی با فاصله وجود دارد که این وسیله را برای اولین اندازه‌گیری قطبش دایره هوایی مناسب می‌کند.
اندازه‌گیری‌های مفید در زمین و فضا
آنها با استفاده از این ابزار ارتقا یافته که FlyPol لقب گرفته است، نشان دادند که فقط در عرض چند ثانیه از اندازه‌گیری‌ها می‌توانند بین یک هلی‌کوپتر سریع حرکت بین مزارع، چمنزار، جنگلها و مناطق شهری تفاوت قائل شوند. اندازه‌گیری‌ها به راحتی نشان می‌دهند که ماده زنده سیگنالهای قطبی مشخصه را نشان می‌دهد، در حالی که جاده‌ها، به عنوان مثال، هیچ سیگنال قطبش دایره‌ای قابل توجهی نشان نمی‌دهند. با تنظیمات فعلی، آنها حتی قادر به تشخیص سیگنالهای ناشی از جلبکها در دریاچه‌ها هستند.
دانشمندان پس از آزمایش‌های موفقیت‌آمیز خود، اکنون به دنبال پیشرفت بیشتر هستند. بریس-الیویه دموری، استاد اخترفیزیک در دانشگاه برن و عضو NCCR PlanetS، محقق اصلی MERMOZ و نویسنده مشترک آن می‌گوید: “گام بعدی که امیدواریم برداریم، انجام شناسایی‌های مشابه از ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS)، نگاه کردن به زمین است. این به ما امکان می‌دهد تا قابلیت شناسایی امضاهای زیستی را در مقیاس سیاره ارزیابی کنیم. این مرحله برای فعال کردن تعیین کننده خواهد بود. جستجوی حیات در منظومه شمسی و فراتر از آن با استفاده از قطبش دایره‌ای”.
مشاهده حساس این سیگنالهای قطبش دایره‌ای نه تنها برای ماموریتهای شناسایی زندگی در آینده مهم است. لوکاس پتی توضیح می‌دهد: “از آنجا که سیگنال مستقیماً به ترکیب مولکولی حیات و در نتیجه عملکرد آن ارتباط دارد ، می‌تواند اطلاعات تکمیلی ارزشمندی را در سنجش از دور زمین ارائه دهد.” به عنوان مثال می‌تواند اطلاعاتی در مورد از بین بردن جنگلها یا بیماری‌های گیاه فراهم کند. حتی ممکن است بتوان قطبش دایره‌ای را در نظارت بر شکوفه‌های سمی جلبکها، صخره‌های مرجانی و اثرات اسیدی شدن بر روی آنها انجام داد.
منبع:
Scientists detect signatures of life remotely
https://phys.org/news/2021-06-scientists-signatures-life-remotely.html