يستخدم العلماء تقنية جديدة للكشف عن بصمات الحياة عن بُعد

قد تكون هذه خطوة مهمة على طريق اكتشاف الحياة على الكواكب الأخرى: العلماء تحت قيادة جامعة برن والمركز الوطني للكفاءة في البحث (NCCR) PlanetS يكتشفون خاصية جزيئية رئيسية لجميع الكائنات الحية من طائرة هليكوبتر تحلق عدة كيلومترات فوق سطح الأرض. يمكن لتكنولوجيا القياس أيضًا أن تفتح فرصًا لاستشعار الأرض عن بعد.

اليد اليسرى واليد اليمنى صورتان متطابقتان تقريبًا لبعضهما البعض. ولكن بغض النظر عن مدى الالتواء والتواء ، لا يمكن وضع طبقات فوق بعضها البعض. هذا هو السبب في أن القفاز الأيسر لا يتناسب مع اليد اليمنى وكذلك اليسرى. في العلم ، تسمى هذه الخاصية chirality.

رسم توضيحي للمقياس الطيفي FlyPol. الائتمان: لوكاس باتي

تمامًا كما تكون الأيدي حلزونية ، يمكن أيضًا أن تكون الجزيئات حلزونية. في الواقع ، معظم الجزيئات في خلايا الكائنات الحية ، مثل الحمض النووي ، هي جزيئات مراوان. على عكس الأيدي ، التي تأتي عادة في أزواج من اليسار واليمين ، فإن جزيئات الحياة تحدث بشكل حصري تقريبًا في نسختها “اليسرى” أو “اليمنى”. هم متماثلون ، كما يقول الباحثون. لماذا هذا ، لا يزال غير واضح. لكن هذه التماثلية الجزيئية هي خاصية مميزة للحياة ، تسمى التوقيع الحيوي.

تقلع المروحية التي تحمل FlyPol على متنها من مطار Môtiers. الائتمان: بإذن من لوكاس باتي

كجزء من مشروع MERMOZ (انظر الإطار أدناه) ، نجح فريق دولي بقيادة جامعة برن والمركز الوطني للكفاءة في أبحاث PRN PlanetS في اكتشاف هذا التوقيع على مسافة كيلومترين وبسرعة تبلغ 70 كم / ساعة. يقول جوناس كون ، مدير مشروع MERMOZ في جامعة برن والمؤلف المشارك للدراسة التي نُشرت للتو في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية: “إن التقدم الكبير هو أن هذه القياسات تم إجراؤها في منصة تتحرك وتهتز ، وأننا ما زلنا نكتشف هذه البصمات الحيوية في بضع ثوان.

أداة تتعرف على المادة الحية

“عندما ينعكس الضوء من مادة بيولوجية ، فإن بعض الموجات الكهرومغناطيسية في الضوء ستنتقل في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. هذه الظاهرة تسمى الاستقطاب الدائري وهي ناتجة عن تماثل المادة البيولوجية. يوضح مؤلف الدراسة الرئيسي لوكاس باتي ، باحث ما بعد الدكتوراه في MERMOZ في جامعة برن وعضو PRN PlanetS ، أن حلزونات ضوئية مماثلة لا تنتجها الطبيعة اللاأحيائية غير الحية.

مسار رحلة المروحية. الائتمان: © Google Earth

ومع ذلك ، فإن قياس هذا الاستقطاب الدائري أمر صعب. الإشارة ضعيفة جدًا وعادة ما تمثل أقل من واحد بالمائة من الضوء المنعكس. لقياس ذلك ، طور الفريق جهازًا مخصصًا يسمى مقياس الطيف. وتتكون من كاميرا مزودة بعدسات خاصة وأجهزة استقبال قادرة على فصل الاستقطاب الدائري عن باقي الضوء.

ومع ذلك ، حتى مع هذا الجهاز المتقن ، كانت النتائج الجديدة مستحيلة حتى وقت قريب. يتذكر لوكاس باتي: “بالكاد قبل 4 سنوات ، لم نتمكن من اكتشاف الإشارة إلا من مسافة قريبة جدًا ، حوالي 20 سم ، ولهذا كان علينا مراقبة نفس المكان لعدة دقائق”. لكن التحسينات التي أدخلها هو وزملاؤه على الأداة تسمح باكتشاف أسرع وأكثر استقرارًا ، كما أن قوة التوقيع المستقطب دائريًا تستمر حتى مع المسافة. جعل هذا الجهاز مناسبًا لأول قياسات جوية للاستقطاب الدائري.

أطياف قطبية دائرية من العشب والأشجار والمناطق الحضرية والمياه التي تحتوي على الطحالب. الائتمان: © ESO ، علم الفلك والفيزياء الفلكية ، لوكاس باتي

قياسات مفيدة على الأرض وفي الفضاء

باستخدام هذه الأداة المحسّنة ، المسماة FlyPol ، أظهروا أنه في ثوانٍ فقط يمكنهم التمييز بين الحقول العشبية والغابات والمناطق الحضرية من طائرة هليكوبتر سريعة الحركة. تُظهر القياسات بسهولة أن المادة الحية تُظهر إشارات استقطاب مميزة ، بينما لا تُظهر الطرق ، على سبيل المثال ، إشارات استقطاب دائرية كبيرة. مع الإعداد الحالي ، يمكنهم حتى اكتشاف الإشارات من الطحالب في البحيرات.

الدكتور لوكاس باتي ، NCCR PlanetS ، معهد الفيزياء ، جامعة برن. الائتمان: بإذن من لوكاس باتي

بعد اختباراتهم الناجحة ، يتطلع العلماء الآن إلى المضي قدمًا إلى أبعد من ذلك. “الخطوة التالية التي نأمل أن نتخذها هي إجراء اكتشافات مماثلة من محطة الفضاء الدولية (ISS) ، بالنظر إلى الأرض. سيسمح لنا ذلك بتقييم إمكانية اكتشاف البصمات الحيوية على نطاق كوكبي. ستكون هذه الخطوة حاسمة للسماح بالبحث عن الحياة داخل وخارج نظامنا الشمسي باستخدام الاستقطاب “، كما يقول الباحث الرئيسي والمؤلف المشارك لـ MERMOZ ، Brice-Olivier Demory ، أستاذ الفيزياء الفلكية في الجامعة. من برن وعضو PRN الكواكب.

مدرس. د. بريس-أوليفييه ديموري ، مركز الفضاء والسكنية و NCCR PlanetS ، جامعة برن. حقوق الصورة: © Universität Bern، Bild: Ramon Lehmann

إن الملاحظة الحساسة لهذه الإشارات المستقطبة دائريًا ليست مهمة فقط لمهام الكشف عن الحياة في المستقبل. يوضح لوكاس باتي: “نظرًا لأن الإشارة مرتبطة ارتباطًا مباشرًا بالتركيب الجزيئي للحياة وبالتالي بوظائفها ، فيمكنها أيضًا توفير معلومات إضافية قيمة في الاستشعار عن بعد للأرض. على سبيل المثال ، يمكن أن يوفر معلومات عن إزالة الغابات أو أمراض النبات. بل سيكون من الممكن تنفيذ استقطاب دائري في رصد تكاثر الطحالب السامة والشعاب المرجانية وتأثيرات التحمض عليها.

SAINT-EX – بحث وتوصيف الكواكب الخارجية

تركز مجموعة أبحاث SAINT-EX (بتمويل من رئيس SNF للبروفيسور بريس-أوليفييه ديموري) على:

• الكشف عن الكواكب الخارجية المعتدلة بحجم الأرض (مرصد SAINT-EX) ،
• الاستشعار عن بعد للحياة في الغلاف الجوي / أسطح الكواكب (ميرموز) ،
• أجهزة لتشخيص وتحديد مراحل السرطان غير الغازية في الجسم الحي (BrainPol).

يهدف مشروع MERMOZ (مراقبة الأسطح السطحية ذات الخصائص القطبية الحديثة) إلى تحديد ما إذا كان بإمكاننا تحديد وتمييز الحياة على الأرض من الفضاء ، من خلال بناء مكتبة مرجعية لتوقيعات السمات السطحية باستخدام مقياس الطيف الاستقطابي لستوكس. في هذا السياق ، يُعتبر كوكبنا وكيلًا للأجسام والكواكب الخارجية الأخرى للنظام الشمسي.

MERMOZ هو مشروع بالشراكة بين جامعات برن ولايدن وديلفت (هولندا).
يتم تمويل دراسة الجدوى للمشروع من قبل مركز الفضاء والسكن (CSH) و PRN PlanetS.

PRN PlanetS: البحث عن كوكب صنع في سويسرا

في عام 2014 ، منحت مؤسسة العلوم الوطنية السويسرية لجامعة برن المركز الوطني للبحوث (PRN) PlanetS ، الذي تديره بالاشتراك مع جامعة جنيف.

منذ مشاركتها في أول هبوط على سطح القمر في عام 1969 ، شاركت جامعة برن في المهمات الفضائية لمنظمات فضائية كبرى ، مثل ESA و NASA و ROSCOSMOS و JAXA. يشارك حاليًا في قيادة بعثة CHEOPS التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) مع جامعة جنيف. بالإضافة إلى ذلك ، يعد باحثو بيرن من بين رواد العالم في نماذج ومحاكاة تكوين وتطوير الكواكب.

مع اكتشاف أول كوكب خارج المجموعة الشمسية ، وضعت جامعة جنيف نفسها كواحدة من المؤسسات الرائدة في هذا المجال. أدى ذلك ، على سبيل المثال ، إلى بناء وتركيب مطياف HARPS على تلسكوب ESO 3.6 متر في La Silla في عام 2003 تحت إشراف جنيف. تبع ذلك أداة ESPRESSO على تلسكوب ESO VLT في بارانال. كما يوجد “مركز العمليات العلمية” التابع لبعثة CHEOPS في جنيف أيضًا.

تعد ETH Zurich و University of Zurich مؤسستين شريكة لـ PRN PlanetS. يقود علماء من مجالات الفيزياء الفلكية ومعالجة البيانات وعلوم الأرض مشاريع ويقدمون مساهمات بحثية مهمة في PRN PlanetS. بالإضافة إلى ذلك ، تعد ETH شركة رائدة عالميًا في مجال الأجهزة لمختلف المراصد والبعثات الفضائية.
تم تنظيم PRN PlanetS حول محاور البحث التالية:

• المراحل الأولى من تكوين الكواكب
• هندسة أنظمة الكواكب وتشكيلها وتطورها
• أجواء الكواكب وأسطحها وداخلها
• تحديد صلاحية الكواكب للسكنى.

استكشاف الفضاء في برن: مع نخبة العالم منذ أول هبوط على سطح القمر

عندما خرج الرجل الثاني ، “Buzz” Aldrin ، من الوحدة القمرية في 21 يوليو 1969 ، كانت مهمته الأولى هي إعداد تجربة Bernese Solar Wind Composition (SWC) المعروفة أيضًا باسم “شراع الرياح الشمسية” عن طريق زرعها في تربة القمر ، حتى قبل العلم الأمريكي. كانت هذه التجربة ، التي تم التخطيط لها وتحليل نتائجها من قبل الأستاذ الدكتور يوهانس جيس وفريقه من معهد الفيزياء بجامعة برن ، أول حدث رئيسي في تاريخ جامعة برن. استكشاف الفضاء في بيرن .

منذ ذلك الحين ، كان استكشاف الفضاء في بيرن من بين النخبة في العالم. شاركت جامعة برن في المهمات الفضائية لمنظمات الفضاء الكبرى ، مثل ESA و NASA و ROSCOSMOS و JAXA. يشارك حاليًا في قيادة بعثة CHEOPS التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) مع جامعة جنيف. بالإضافة إلى ذلك ، يعد باحثو بيرن من بين رواد العالم في نماذج ومحاكاة تكوين وتطوير الكواكب.

تم تعزيز العمل الناجح لقسم أبحاث الفضاء وعلوم الكواكب (WP) التابع لمعهد الفيزياء بجامعة برن من خلال تأسيس مركز كفاءة جامعي ، وهو مركز الفضاء وإمكانية السكن (CSH). منحت مؤسسة العلوم الوطنية السويسرية أيضًا جامعة برن المركز الوطني للبحوث (PRN) PlanetS ، الذي تديره مع جامعة جنيف.

المرجع: “البصمات الحيوية للأرض I. الاكتشاف الطيفي الاستوائي المحمول جواً للحياة الضوئية” بقلم CHL Patty ، و JG Kuhn ، و PH Lambrev ، و S. Spadaccia ، و HJ Hoeijmakers ، و C. Keller ، و W. Mulder ، و V. Pallichadath ، و O. Poch ، F Snik و DM Stam و A. Pommerol و BO Demory ، مقبول ، علم الفلك والفيزياء الفلكية.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202140845