2021年10月03日 11:00
【科學快訊】
撰文 | 常瑞華（Connie Chang）
翻譯 | 林清
在我們生活的星球上，生命總是對分子的特定手性形式有所偏愛，而不是隨意選擇它的鏡像形式。例如，脫氧核糖核酸（DNA）分子總是「右旋」螺旋，而所有已知生命只使用「左旋」氨基酸構建蛋白質。相比之下，無生命物質通常沒有這種偏好。研究人員利用上述區別設計了一種名為「飛天分光偏振計」（FlyPol）的儀器，它可以安裝到直升機上，讓飛機在1千米高的空中就能通過這個儀器追蹤地面的植物。
當光被一群具有相同旋向性的分子（稱為同手性分子）反射時，其中一些光就會形成圓形偏振光束：反射波沿順時針或逆時針方向螺旋式轉動。FlyPol就是一種分光偏振計（spectropolarimeter），它的作用是測量當光從陽光照射的地表反射回來時，有多少光發生了上述轉換。在一個波長範圍內觀察到的偏振光數量，不僅可以揭示生物的類型（草、樹或藻類，飛天分光偏振計可根據不同植物進行相應校准），還可以揭示觀察對象的健康狀況。當然，無生命源的掃描圖就不存在可識別的特征。 ；
「植物的信號極為依賴更大規模的分子結構。」瑞士伯爾尼大學天體生物學家盧卡斯·帕蒂（Lucas Patty，這項研究的主要作者）說。他將關於飛天分光偏振計研究發表在了《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）雜志上。帕蒂說，「如果植物處於幹旱脅迫（drought stress）環境中，細胞膜就會略微膨脹」，我們可以通過略為扁平的強度峰值（intensity peaks）來識別。
帕蒂認為這項技術有助於評估受氣候變化、森林砍伐或入侵物種傳播影響的生態系統是否處於健康狀態。不久前，穩定的測量還只能在可控的實驗室環境中進行，因為其涉及的可探測光的範圍還很小。但飛天分光偏振計升級了實驗室設備的性能，從而能在野外工作。
「總的來說，這種設備非常酷，」美國麻省理工學院天體化學家布雷特·麥圭爾（Brett McGuire，並未參與這項研究）說，「顯而易見，它們可以區分哪些地區存在大量生命，哪些地區沒有生命跡象。」
這種方法最吸引人之處在於，它或許可以用來搜尋其他行星上的生命跡象。目前除了生命所產生的分子外，科學家不知道還有哪些機制可以產生複雜的圓偏振光信號。其他地方可能存在無同手性分子的生命，但是如果測到同手性分子產生的信號時，基本就是生命存在的跡象了。帕蒂說：「這是在檢測生命跡象時，少數幾種基本無誤報的方法之一。」但他指出，要將這種方法投入實際使用，還有很多障礙。
麻省理工學院天體物理學家薩拉·西格（Sara Seager，並未參與這項研究）表示，當從近地軌道進行掃描時，在遙遠恒星周圍的行星上的信號會變得非常微弱。她說：「很難說我們能否在下一代望遠鏡中實現信號提升。這可能需要幾代人的努力。」西格也表示，這種方法和實驗，再加上在真實世界中檢測植物的案例，給未來研究遙遠的世界開個了好頭。
接下來，飛天分光偏振計還將在更多的地貌上進行測試，甚至與國際空間站測量地球信號的設備進行合作。帕蒂說：「國際空間站的空間分辨率仍然相當高。」因此，如果在亞馬孫上空測量時，設備可能會收到較強的信號，而在南極測量時收到的信號則相對平坦。
