我们星球上的生命的特征是偏好特定形式的各种分子，而不是它们的镜像。例如，DNA 分子始终具有“右手”螺旋，而所有已知的生命都只使用“左手”氨基酸来构建蛋白质。非生物物质通常不表现出这种偏好。研究人员抓住了这种区别，设计了一种名为 FlyPol 的仪器，该仪器使用光来追踪来自一公里多高空快速移动的直升机上的植物生命。
当光线从具有相同手性的分子（称为同手性分子）的浓度中反射出来时，部分光线会变成圆偏振光：反射的波形以顺时针或逆时针方向螺旋。FlyPol 是一种光谱偏振仪，它测量当光线从阳光照射的景观反射回来时，有多少光线以这种方式发生转化。在一定波长范围内观察到的这种偏振光的量就像一个指纹，不仅揭示了生物体的类型（草、树或藻类——FlyPol 针对植物进行了校准），还揭示了有关其健康状况的详细信息。非生物来源的轮廓则没有任何明显的特征。
“植物中的信号强烈依赖于更大规模的分子结构，”伯尔尼大学天体生物学家卢卡斯·帕蒂说，他是描述《天文与天体物理学》中 FlyPol 的一篇新论文的主要作者。“例如，如果植物处于干旱胁迫下，膜可能会稍微膨胀”——这会反映在反射光的强度峰值略微变平中。帕蒂说，这项技术可能有助于评估受气候变化、森林砍伐或入侵物种蔓延影响的生态系统的健康状况。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
直到最近，稳定的测量才有可能在受控的实验室环境中进行，因为它们只涉及可检测光线的一小部分。但 FlyPol 升级了实验室设置，使其可以在现场工作。“总的来说，这是一个非常酷的结果，”麻省理工学院天体化学家布雷特·麦圭尔说，他没有参与这项研究。“他们非常有说服力地表明，他们可以区分生命非常丰富的区域和没有生命的区域。”
最诱人的是该方法有一天可能用于扫描其他行星上的生命。科学家目前不知道除了生命产生的分子之外，还有什么机制可以产生复杂的圆偏振光信号。尽管其他地方的生命可能在没有同手性分子的情况下存在，但它们的存在将是存在生命的有力暗示。“这是少数几种基本上没有误报的生命探测方法之一，”帕蒂说——尽管他指出，在这一探测过程变得可行之前，仍然存在重大障碍。
麻省理工学院天体物理学家萨拉·西格尔也未参与这项研究，她表示，从近地轨道扫描时，这种信号在遥远恒星周围的行星中将极其微弱。“很难说我们是否能在下一代望远镜中实现这一点，”她说。“这可能还需要几代人的时间。”然而，西格尔表示，这种方法和实验，以及对真实世界植物群的测量，是未来研究遥远世界的良好开端。
目前，下一步包括在更多景观上测试 FlyPol，并合作开发一种从国际空间站测量地球信号的仪器。“从国际空间站来看，空间分辨率仍然会非常高，”帕蒂说，因此人们会期望在测量亚马逊上空时获得较大的信号，而在南极洲则获得平坦的信号。