أداة Flypol المستخدمة لقياس البصمات الحيوية من سفينة في طائرة هليكوبتر. الائتمان: بإذن من الجدة لوكاس

قد يكون هذا علامة فارقة في مسار اكتشاف الحياة على الكواكب الأخرى: يكتشف العلماء تحت قيادة جامعة برن والمركز الوطني للبحوث (NCCR) الخاصية الجزيئية الحيوية لجميع الكائنات الحية التي تطير في طائرة هليكوبتر على بعد عدة كيلومترات من أرض. قد تفتح تكنولوجيا القياس أيضًا فرصًا لاستشعار الأرض عن بعد.

تعتبر اليد اليسرى واليد اليمنى صور مرآة مثالية لبعضها البعض. لكن بغض النظر عن مدى انحرافهم ، لا يمكنهم المبالغة في بعضهم البعض. هذا هو السبب في أن القفاز الأيسر لا يتناسب مع اليد اليمنى ، بل ينطبق أيضًا على اليسار. في العلم ، يشار إلى هذه الخاصية باسم chirality.

رسم تخطيطي لمقياس الطيف الشمسي. الائتمان: الجدة لوكاس

كما يمكن خدش الأيدي ، يمكن أن تخدش الجزيئات. في الواقع ، معظم الجزيئات في خلايا الكائنات الحية مثل الحمض النووي هي جزيئات مراوان. ومع ذلك ، على عكس الأيدي التي تأتي عادةً في أزواج من اليسار واليمين ، فإن جزيئات الحياة تحدث حصريًا في نسختها “اليسرى” أو “اليد اليمنى”. هم متماثلون ، كما يقول الباحثون. لم يتضح بعد سبب ذلك. لكن هذه المثلية الجنسية الجزيئية هي خاصية مميزة للحياة ، والتي تسمى التوقيع الحيوي.

تقلع المروحية من مطار ميتيور وعلى متنها كرة طائرة. الائتمان: بإذن من الجدة لوكاس

كجزء من مشروع Mermos (انظر مربع المعلومات أدناه) ، نجح فريق دولي بقيادة جامعة برن والمركز الوطني للبحوث NCCR Planets الآن في تحديد موقع التوقيع على مسافة 2 كم وبسرعة واحدة. 70 كم يقول جوناس كوهن ، مدير المشروع في جامعة برن ، مورموس ، والمؤلف المشارك للدراسة ، المنشورة في مجلة علم الفلك والفلك: “حقيقة أن هذه القياسات تتم على منصة متحركة هي حقيقة متقدمة بشكل ملحوظ ، واهتزاز ، و وجدنا هذه البصمات الحيوية في بضع ثوانٍ أخرى. “

أداة للتعرف على المادة الحية

عندما ينعكس الضوء بواسطة عوامل بيولوجية ، يدور جزء من الموجات الكهرومغناطيسية في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. هذه الظاهرة تسمى الاستقطاب الدائري وهي ناتجة عن تجانس المادة البيولوجية. يقول لوكاس باتي ، المؤلف الأول للدراسة ، وهو باحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه من جامعة برن وعضو في NCCR Planets ، إن حلزونات ضوئية مماثلة لا تنتجها مادة غير حية.

مسار طيران المروحية. الائتمان: © Google Earth

ومع ذلك ، فإن قياس هذا القطبية الدائرية يمثل تحديًا. الإشارة خافتة للغاية وعادة ما تكون أقل من 1٪ من الضوء المنعكس. لقياس ذلك ، طور الفريق جهازًا خاصًا يسمى مقياس الطيف. يحتوي على كاميرا بعدسات خاصة وأجهزة استقبال قادرة على فصل قطبية الدائرة عن باقي الضوء.

حتى مع هذا الجهاز الشامل ، لم تكن النتائج الجديدة ممكنة حتى وقت قريب. تتذكر الجدة لوكاس ، “منذ 4 سنوات ، لم نتمكن من اكتشاف الإشارة إلا من مسافة قريبة جدًا تصل إلى 20 سم ، ولكي نفعل ذلك كان علينا أن ننظر إلى نفس المكان لعدة دقائق”. لكن التحسينات التي تم إدخالها على الأداة التي طورها هو وزملاؤه تسمح باكتشافها بشكل أسرع وأكثر استقرارًا ، وتستمر قوة التوقيع عند القطبية المستديرة حتى عن بعد. كانت أول أداة مناسبة لقياسات الاستقطاب الدائري الجوي.

طيف قطبي دائري من العشب والأشجار والمناطق الحضرية والمياه المحتوية على الطحالب. الائتمان: © ESO ، علم الفلك والفيزياء الفلكية ، الجدة لوكاس

قياسات فعالة على الأرض وفي الفضاء

باستخدام هذه الأداة التي تمت ترقيتها والتي تسمى flypole ، أظهروا أن الحقول العشبية والغابات والمناطق الحضرية يمكن تمييزها عن طائرة هليكوبتر سريعة الحركة في غضون ثوانٍ. تُظهر القياسات الكائنات الحية التي تُصدر إشارات استقطاب مميزة على الفور ، بينما لا تُظهر الطرق إشارات استقطاب دائرية كبيرة. مع النظام الحالي ، هم قادرون على اكتشاف الإشارات القادمة من الطحالب في البحيرات.

الدكتور لوكاس جراندما ، NCCR Planets ، معهد الفيزياء ، جامعة برن. الائتمان: بإذن من الجدة لوكاس

بعد تجاربهم الناجحة ، يتطلع العلماء الآن إلى إحراز مزيد من التقدم. “الخطوة التالية التي نريد اتخاذها هي القيام باكتشافات مماثلة من محطة الفضاء الدولية (ISS) والنظر إلى الأرض. وهذا سيسمح لنا بتقييم اكتشاف الميكانيكا الحيوية الكوكبية. كما يقول برايس أوليفر ديموري ، أستاذ علم الفلك في جامعة برن وعضو NCCR Planets.

الأستاذ الدكتور برايس-أوليفر ديموري ، مركز الفضاء والموئل والكواكب NCCR ، جامعة برن. حقوق الصورة: © جامعة برن ، بناها رامون ليمان

لا تقتصر مراقبة الحساسية لإشارات الاستقطاب الدائري هذه على مهام الكشف عن الحياة في المستقبل. تشرح الجدة لوكاس: “ترتبط الإشارة ارتباطًا مباشرًا بالبنية الجزيئية للحياة ، وبالتالي وظيفتها ، والتي يمكن أن توفر أيضًا معلومات تكميلية قيمة حول حساسية الأرض عن بُعد.” يمكن أن يوفر معلومات عن إزالة الغابات أو أمراض النبات ، على سبيل المثال. يمكن أيضًا تنشيط القطبية الدائرية في مراقبة أزهار الطحالب السامة والشعاب المرجانية وتأثيرات تحمضها.

SAINT-EX – بحث وطبيعة الكواكب الخارجية

يركز فريق البحث SAINT-EX (بتمويل من SNF البروفيسور برايس-أوليفر ديماري) على:

• الكشف عن الكواكب الخارجية ذات الحجم الأرضي المعتدل (مراقبة SAINT-EX) ،
• الحساسية عن بُعد للحياة في أجواء / أسطح الكواكب (المورموس) ،
• أداة للكشف عن السرطان غير الغازية داخل الجسم الحي ومرحلة (الدماغ).

يهدف مشروع MERMOZ (خطة المراقبة السطحية مع التوصيف الاستقطابي الحديث) إلى استكشاف ما إذا كان بإمكاننا تحديد وتصنيف الحياة على الأرض من الفضاء ، من خلال إنشاء مكتبة مهمة من تواقيع السمات السطحية باستخدام قطبية طيفية كاملة ستوكس بعيدة. في هذا الإطار ، يعتبر كوكبنا وكيلًا للأنظمة الشمسية والكواكب الخارجية الأخرى.

ميرموس هو مشروع بين جامعات برن ولايدن وديلفت (هولندا).
يتم تمويل المشروع من قبل مركز الفضاء والموئل (CSH) و NCCR Planets.

NCCR Planets: أبحاث الكواكب في سويسرا

في عام 2014 ، منحت مؤسسة العلوم الوطنية السويسرية للكواكب المركز الوطني لمهارات البحث (NCCR) ، الذي يدير جامعة برن بالتعاون مع جامعة جنيف.

منذ أول هبوط على سطح القمر في عام 1969 ، شاركت جامعة برن في المهمات الفضائية لمنظمات الفضاء الكبرى مثل ISA و NASA و Roscosmos و Jaxa. وتقوم حاليًا بربط بعثة CHEOPS التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) مع جامعة جنيف. بالإضافة إلى ذلك ، يعد برنيس أحد رواد العالم عندما ينظر الباحثون إلى نماذج ومحاكاة تشكل وتطور الكواكب.

مع اكتشاف أول كوكب خارجي ، أنشأت جامعة جنيف نفسها كواحدة من الشركات الرائدة في هذا المجال. على سبيل المثال ، أدى ذلك إلى بناء وتركيب Harps Spectrograph في تلسكوب ESO 3.6 متر في La Silla في عام 2003 تحت قيادة جنيف. تبع ذلك أداة ESPRESSO في تلسكوب ESO VLT في بارانال. جنيف هي أيضًا موطن “مركز العمل العلمي” لعمل CHEOPS.

ETH Zurich و University of Zurich شريكان في NCCR Planets. يقود العلماء في مجالات علم الفلك ومعالجة البيانات وعلوم الأرض المشاريع ويقدمون مساهمات مهمة لأبحاث الكواكب NCCR. بالإضافة إلى ذلك ، تعد ETH شركة رائدة عالميًا في معدات المختبرات المختلفة والسفر إلى الفضاء.
يتم تنظيم NCCR Planets في مجالات البحث التالية:

• المراحل المبكرة من تكوين الكوكب
• هيكل أنظمة الكواكب وتشكيلها وتطورها
• أجواء الكواكب وأسطحها وداخلها
• تحديد موطن الكواكب.

برنيس لاستكشاف الفضاء: مع نخبة العالم منذ أول هبوط على سطح القمر

عندما غادر الرجل الثاني ، “الحافلة” ألدرين ، مدار القمر في 21 يوليو 1969 ، كانت مهمته الأولى هي إعداد اختبار تكوين الهواء الشمسي في برن (SWC) ، والمعروف أيضًا باسم “رحلة الهواء الشمسي”. زرع في أرض القمر ، قبل العلم الأمريكي. تمت دراسة هذه التجارب والنتائج المخططة من قبل الدكتور يوهانس كيز وفريقه في معهد الفيزياء بجامعة برن ، وهي أول حدث رئيسي في تاريخ استكشاف الفضاء في برنيس.

جاء استكشاف برنيس للفضاء من بين نخبة العالم. شاركت جامعة برن في المهمات الفضائية لمنظمات الفضاء الكبرى مثل ISA و NASA و Roscosmos و Jaxa. وتقوم حاليًا بربط بعثة CHEOPS التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) مع جامعة جنيف. بالإضافة إلى ذلك ، يعد برنيس أحد رواد العالم عندما ينظر الباحثون إلى نماذج ومحاكاة تشكل وتطور الكواكب.

تم تنسيق العمل الناجح لقسم أبحاث الفضاء وعلوم الكواكب (WP) من معهد الفيزياء في جامعة برن من خلال إنشاء مركز للفضاء والموئل الجامعي (CSH). قدم الصندوق الوطني السويسري الكواكب إلى جامعة برن بالتعاون مع جامعة جنيف ، المركز الوطني لمهارات البحث (NCCR).

ملاحظة: CHL. جدة ، ج.ج.كون ، دكتوراه. لامبريف ، س. سباتاسيا ، هـ. سنيك ، دي إم ستام ، أ. تم قبول Pommerol و PO Demeri ، علم الفلك وعلم الفلك.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202140845