天文学家希望利用微型激光寻找邻近星球上的生命

科幻小说的讲述者喜欢讲述使用激光的外星人访问地球的故事——但实际上，我们现在正在使用复杂的激光束来寻找外星生命迹象。

马里兰大学的地质学家和工程师最近发明了一种新技术，用于太空飞行，利用光来分析分子。这项研究上周发表在《自然天文学》杂志上，它采用了地球上常见的分子分析实验室仪器 Orbitrap，并将其缩小，使其足够紧凑和轻便，适合 NASA 的太阳系任务。他们还将改进后的 Orbitrap 与激光结合起来，激光可以分解行星表面的物质以准备进行分析。

“我很兴奋地想看看我们能在地球之外探测到什么样的复杂分子，”马里兰大学地质学家、这项研究的合著者 Grace Ni 说道。她补充道：“与旧系统相比，下一代 Orbitrap 分析仪在测量细节方面提供了大约 200 倍的改进。”它可能在未来十年内执行任务。

Orbitrap 是一种质谱分析工具，是科学家常用的一种技术，它根据分子质量分离分子，并测量样本中每种分子的含量。虽然这种机器遍布全球的医学、生物和其他工业实验室，但它们也非常庞大，重约 400 磅——比大熊猫重一点。外星任务通常受到它们能运送到目的地的重量限制。这些庞然大物 Orbitrap 根本飞不起来。不过，新版仅重约 17 磅。

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此外，任务团队通常必须在一个大部件或多个小工具之间做出选择。康奈尔大学航空工程师扎克·乌利巴里 (Zach Ulibarri) 解释说，为太空任务选择仪器“就像选择你想要在瑞士军刀上放什么工具一样”，他没有参与这项新研究。“但与此同时，瑞士军刀上的工具比你放在车库里的工具更小更轻，就像你航天器上的仪器必须比你放在实验室里的全尺寸仪器更小更轻一样。”

在测量分子之前，升级后的激光仪器会使用紫外线脉冲分解行星表面的化合物，例如火星上的岩石、土卫二的冰壳，或太阳系中可能存在生命的其他有趣目标。然后，它会将这些化合物送入微型 Orbitrap 光谱仪，在那里测量样本的成分。

加州大学河滨分校天体生物学家 Eddie Schweiterman 并未参与新的 Orbitrap 项目，他解释说，该工具将采集与生命相关的分子的“指纹”，同时提供有关正在探索的行星或卫星周围地质的信息。环境是生命迹象的关键——科学家必须能够排除与生命相似的化学物质的非生命来源。这种新的激光 Orbitrap 系统还将允许科学家通过简单的机器人任务（如着陆器或探测车）远程进行这种详细的化学分析，而不是将样品带回地球。

尽管目前有大量工作正在进行中，以检测遥远系外行星上的生物特征，但这与使用升级版 Orbitrap 探测器探索太阳系完全不同。Schweiterman 表示，Orbitrap 任务要分析的大型有机分子“无法轻易远程观察，尤其是在星际距离”。相反，系外行星只能通过我们的望远镜从光年外观察。但天文学家可以将配备此工具的机器人发送到离我们最近的行星表面。

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还有一个问题。新系统产生的大量数据“可能会给太空任务期间的数据存储和传输带来麻烦”，Ni 表示。希望随着计算机技术的进步，工程师们能想出巧妙的方法来解决这个问题。即便如此，数据存储也不会成为 Orbitrap 的梦想杀手——只是设计航天器时需要考虑的另一件事。正如 Ulibarri 所说，“每种仪器都有自己的优点和缺点。没有完美的仪器；只有不同仪器之间的权衡。”

建造一艘功能齐全的航天器总是很困难，但像改进的 Orbitrap 这样的新仪器技术扩大了未来任务的可能性。“在潜在的航天器工具包中添加新工具总是令人兴奋的，”Ulibarri 说。“而 Orbitrap 是一种特别强大的工具。”