Oamenii de știință folosesc tehnologia nouă pentru a detecta de la distanță semnăturile vieții

Instrumentul FlyPol, care a fost folosit pentru a măsura biosemnăturile din aer, la bordul elicopterului. Credit: Amabilitatea lui Lucas Patty

Acesta ar putea fi un pas important pe calea către detectarea vieții pe alte planete: Oamenii de știință aflați sub conducerea Universității din Berna și a Centrului Național de Competență în Cercetare (NCCR) PlanetS detectează o proprietate moleculară cheie a tuturor organismelor vii dintr-un elicopter care zboară la câțiva kilometri deasupra solului. Tehnologia de măsurare ar putea, de asemenea, deschide oportunități pentru teledetecția Pământului.

Mâna stângă și mâna dreaptă sunt imagini oglindă aproape perfecte. Dar, oricât de răsucite și răsucite ar fi, ele nu pot fi stratificate una peste alta. Acesta este motivul pentru care mănușa stângă pur și simplu nu se potrivește atât cu mâna dreaptă, cât și cu stânga. În știință, această proprietate se numește chiralitate.

Diagrama spectropolarimetrului FlyPol

O ilustrare schematică a spectropolarimetrului FlyPol. Credit: Lucas Patty

La fel cum mâinile sunt chirale, și moleculele pot fi chirale. De fapt, majoritatea moleculelor din celulele organismelor vii, precum ADN-ul, sunt chirale. Spre deosebire de mâini, totuși, care vin de obicei în perechi de la stânga și la dreapta, moleculele vieții apar aproape exclusiv în versiunea lor „stângă” sau „dreaptă”. Sunt omocirali, după cum spun cercetătorii. De ce este acest lucru, este încă neclar. Dar această omociralitate moleculară este o proprietate caracteristică a vieții, așa-numita biosemnătură.

Elicopter FlyPol

Elicopterul cu FlyPol la bord decolează de pe aerodromul Môtiers. Credit: Amabilitatea lui Lucas Patty

Ca parte a proiectului MERMOZ (a se vedea caseta de mai jos), o echipă internațională condusă de Universitatea din Berna și Centrul Național de Competență în Cercetare PRN PlanetS, a reușit acum să detecteze această semnătură la o distanță de 2 kilometri și la o viteză de 70 km / h. Jonas Kühn, manager de proiect MERMOZ la Universitatea din Berna și coautor al studiului care tocmai a fost publicat în revista Astronomy and Astrophysics, spune: „Avansul semnificativ este că aceste măsurători au fost efectuate pe o platformă care se mișca, vibrând și că am detectat încă aceste biosemnături în câteva secunde.

Un instrument care recunoaște materia vie

„Când lumina este reflectată din materia biologică, unele dintre undele electromagnetice din lumină vor călători în sensul acelor de ceasornic sau invers. Acest fenomen se numește polarizare circulară și este cauzat de omociralitatea materiei biologice. Spirale de lumină similare nu sunt produse de natura abiotică care nu trăiește ”, explică autorul principal al studiului Lucas Patty, cercetător postdoctoral MERMOZ la Universitatea din Berna și membru al PRN PlanetS.

Itinerarul elicopterului FlyPol

Traseul de zbor al elicopterului. Credit: © Google Earth

Cu toate acestea, măsurarea acestei polarizări circulare este dificilă. Semnalul este destul de slab și reprezintă de obicei mai puțin de un procent din lumina reflectată. Pentru a-l măsura, echipa a dezvoltat un dispozitiv dedicat numit spectropolarimetru. Este format dintr-o cameră dotată cu obiective și receptoare speciale capabile să separe polarizarea circulară de restul luminii.

READ  Elon Musk prezintă o instalație sanitară sălbatică pentru un booster Super Heavy 29 cu motor (în imagine)

Cu toate acestea, chiar și cu acest dispozitiv elaborat, noi rezultate ar fi fost imposibile până de curând. „Abia acum 4 ani, am putut detecta semnalul doar la o distanță foarte apropiată, de aproximativ 20 cm, și pentru asta a trebuit să observăm același loc câteva minute”, își amintește Lucas Patty. Dar îmbunătățirile aduse instrumentului de către el și colegii săi permit o detectare mult mai rapidă și mai stabilă, iar puterea semnăturii polarizate circular persistă chiar și cu distanța. Acest lucru a făcut instrumentul potrivit pentru primele măsurători aeriene ale polarizării circulare.

Spectre polarimetrice circulare

Spectre polarimetrice circulare de iarbă, copaci, zona urbană și apă care conține alge. Credit: © ESO, Astronomie și astrofizică, Lucas Patty

Măsurători utile pe Pământ și în spațiu

Folosind acest instrument îmbunătățit, denumit FlyPol, au demonstrat că în doar câteva secunde ar putea face diferența între câmpurile de iarbă, pădurile și zonele urbane de un elicopter în mișcare rapidă. Măsurătorile arată cu ușurință că materia vie prezintă semnale de polarizare caracteristice, în timp ce drumurile, de exemplu, nu prezintă semnale de polarizare circulare semnificative. Cu configurarea actuală, ei sunt chiar capabili să detecteze semnale de la alge în lacuri.

Lucas Patty

Dr. Lucas Patty, NCCR PlanetS, Institutul de Fizică, Universitatea din Berna. Credit: Amabilitatea lui Lucas Patty

După testele lor de succes, oamenii de știință caută acum să meargă și mai departe. „Următorul pas pe care sperăm să îl facem este să efectuăm detecții similare din Stația Spațială Internațională (ISS), privind Pământul. Acest lucru ne va permite să evaluăm detectabilitatea biosemnăturilor la scară planetară. Acest pas va fi decisiv pentru a permite căutarea vieții în și dincolo de sistemul nostru solar folosind polarizarea ”, spune cercetătorul principal și coautor al MERMOZ, Brice-Olivier Demory, profesor de astrofizică la Universitate. Din Berna și membru al PRN PlanetS.

Brice Olivier Demory

Profesor. Dr. Brice-Olivier Demory, Centrul pentru spațiu și habitabilitate și NCCR PlanetS, Universitatea din Berna. Credit: © Universität Bern, Bild: Ramon Lehmann

Observarea sensibilă a acestor semnale polarizate circular nu este importantă doar pentru viitoarele misiuni de detectare a vieții. Lucas Patty explică: „Deoarece semnalul este direct legat de compoziția moleculară a vieții și, prin urmare, de funcționarea ei, poate oferi, de asemenea, informații suplimentare valoroase în teledetecția Pământului. De exemplu, poate oferi informații despre defrișări sau boli ale plantelor. Ar fi chiar posibil să se implementeze o polarizare circulară în monitorizarea înfloririlor toxice de alge, recifele de corali și efectele acidificării asupra acestora.

READ  Primii oameni din Europa au găsit o filiație strânsă cu neanderthalienii

SAINT-EX – Cercetarea și caracterizarea exoplanetelor

Grupul de cercetare SAINT-EX (finanțat de catedra SNF a prof. Brice-Olivier Demory) se concentrează pe:

  • detectarea exoplanetelor temperate de dimensiunea Pământului (observatorul SAINT-EX),
  • teledetecția vieții în atmosfere / suprafețe planetare (MERMOZ),
  • instrumentar pentru diagnosticul și stadializarea cancerului in-vivo neinvaziv (BrainPol).

Proiectul MERMOZ (Planul de monitorizare a suprafețelor etare cu caracterizare polarimetrică modernă) își propune să determine dacă putem identifica și caracteriza viața de pe Pământ din spațiu, prin construirea unei biblioteci de referință a semnăturilor caracteristicilor de suprafață cu spectro-polarimetrie de la Stokes. În acest context, planeta noastră este considerată un proxy pentru celelalte corpuri și exoplanete ale sistemului solar.

MERMOZ este un proiect în parteneriat între universitățile din Berna, Leiden și Delft (NL).
Studiul de fezabilitate al proiectului este finanțat de Centrul pentru Spațiu și Locuință (CSH) și PRN PlanetS.


PRN PlanetS: Căutați planete fabricate în Elveția

În 2014, Fundația Națională Științifică Elvețiană a acordat Universității din Berna Centrul Național de Cercetare (PRN) PlanetS, pe care îl administrează împreună cu Universitatea din Geneva.

De la implicarea sa în prima aterizare lunară din 1969, Universitatea din Berna a participat la misiunile spațiale ale organizațiilor spațiale majore, cum ar fi ESA, NASA, ROSCOSMOS și JAXA. În prezent, el co-conduce misiunea CHEOPS a Agenției Spațiale Europene (ESA) cu Universitatea din Geneva. În plus, cercetătorii bernezi se numără printre liderii mondiali în modele și simulări ale formării și dezvoltării planetelor.

Odată cu descoperirea primei exoplanete, Universitatea din Geneva s-a poziționat ca una dintre instituțiile de top din domeniu. Acest lucru a dus, de exemplu, la construirea și instalarea spectrografului HARPS pe telescopul ESO de 3,6 m în La Silla în 2003 sub direcția Geneva. Acesta a fost urmat de instrumentul ESPRESSO de pe telescopul VLT al ESO din Paranal. „Centrul de operațiuni științifice” al misiunii CHEOPS este, de asemenea, la Geneva.

READ  PLANETA VENUS: ANUNȚUL INCREDIBIL PE PĂMÂNT

ETH Zurich și Universitatea din Zurich sunt, de asemenea, instituții partenere ale PRN PlanetS. Oamenii de știință din domeniile astrofizicii, prelucrării datelor și științelor pământului conduc proiecte și aduc contribuții importante de cercetare la PRN PlanetS. În plus, ETH este lider mondial în instrumentare pentru diferite observatoare și misiuni spațiale.
PRN PlanetS este organizat în jurul următoarelor axe de cercetare:

  • Etapele timpurii ale formării planetelor
  • Arhitectura sistemelor planetare, formarea și evoluția acestora
  • Atmosfere, suprafețe și interiorul planetelor
  • Determinarea habitabilității planetelor.

Explorarea spațiului bernez: Cu elita lumii de la prima aterizare pe lună

Când cel de-al doilea om, „Buzz” Aldrin, a ieșit din modulul lunar la 21 iulie 1969, prima sa sarcină a fost să înființeze experimentul Bernese Solar Wind Composition (SWC), cunoscut și sub denumirea de „vânt solar solar”, plantându-l în luna sol, chiar înainte de steagul american. Acest experiment, care a fost planificat și al cărui rezultat a fost analizat de profesorul Dr. Johannes Geiss și echipa sa de la Institutul de Fizică de la Universitatea din Berna, a fost primul punct culminant major din istoria Universității din Berna. Explorarea spațiului Bernez .

De atunci, explorarea spațiului bernez a făcut parte din elita lumii. Universitatea din Berna a participat la misiunile spațiale ale marilor organizații spațiale, precum ESA, NASA, ROSCOSMOS și JAXA. În prezent, el co-conduce misiunea CHEOPS a Agenției Spațiale Europene (ESA) cu Universitatea din Geneva. În plus, cercetătorii bernezi se numără printre liderii mondiali în modele și simulări ale formării și dezvoltării planetelor.

Munca de succes a Departamentului de Cercetare Spațială și Științe Planetare (WP) a Institutului de Fizică al Universității din Berna a fost consolidată prin înființarea unui centru de competență universitar, Centrul pentru Spațiu și habitabilitate (CSH). De asemenea, Fundația Națională Științifică Elvețiană a acordat Universității din Berna Centrul Național de Cercetare (PRN) PlanetS, pe care îl administrează împreună cu Universitatea din Geneva.


Referință: „Biosignatures of the Earth I. Airborne spectropolarimetric detection of photosynthetic life” de CHL Patty, JG Kuhn, PH Lambrev, S. Spadaccia, HJ Hoeijmakers, C. Keller, W. Mulder, V. Pallichadath, O. Poch, F Snik, DM Stam, A. Pommerol și BO Demory, acceptate, Astronomie și astrofizică.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202140845

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *