Un'illustrazione schematica dello spettropolarimetro FlyPol. Credito immagine:Lucas Patty.
Potrebbe essere una pietra miliare nel percorso verso l'individuazione della vita su altri pianeti:gli scienziati sotto la guida dell'Università di Berna e del Centro nazionale di competenza nella ricerca (NCCR) PlanetS rilevano una proprietà molecolare chiave di tutti gli organismi viventi da un volo in elicottero diversi chilometri dal suolo. La tecnologia di misurazione potrebbe anche aprire opportunità per il telerilevamento della Terra.
La mano sinistra e la mano destra sono immagini speculari quasi perfette l'una dell'altra. Ma in qualunque modo siano contorte e girate, non possono essere sovrapposti l'uno all'altro. Questo è il motivo per cui il guanto sinistro semplicemente non si adatta alla mano destra così come si adatta alla sinistra. Nella scienza, questa proprietà è detta chiralità.
Proprio come le mani sono chirali, le molecole possono essere chirali, pure. Infatti, la maggior parte delle molecole nelle cellule degli organismi viventi, come il DNA, sono chirali. A differenza delle mani, però, che di solito arrivano a coppie di sinistra e di destra, le molecole della vita si presentano quasi esclusivamente nella loro versione "mancino" o "destrimano". sono omochirali, come dicono i ricercatori. Perché è così, non è ancora chiaro. Ma questa omochiralità molecolare è una proprietà caratteristica della vita, una cosiddetta biofirma.
Nell'ambito del progetto MERMOZ (vedi box info), un team internazionale guidato dall'Università di Berna e dal National Center of Competence in Research NCCR PlanetS, è ora riuscito a rilevare questa firma da una distanza di 2 chilometri e ad una velocità di 70 km/h. Jonas Kuhn, Project manager MERMOZ dell'Università di Berna e coautore dello studio appena pubblicato sulla rivista Astronomia e Astrofisica , afferma:"Il progresso significativo è che queste misurazioni sono state eseguite su una piattaforma in movimento, vibrando e che abbiamo comunque rilevato queste biofirme in una manciata di secondi".
Uno strumento che riconosce la materia vivente
"Quando la luce è riflessa dalla materia biologica, una parte delle onde elettromagnetiche della luce viaggerà in spirali in senso orario o antiorario. Questo fenomeno è chiamato polarizzazione circolare ed è causato dall'omochiralità della materia biologica. Simili spirali di luce non sono prodotte dalla natura abiotica non vivente, " dice il primo autore dello studio Lucas Patty, che è un ricercatore post-dottorato MERMOZ presso l'Università di Berna e membro del NCCR PlanetS,
Lo strumento spettropolarimetro FlyPol a bordo dell'elicottero, con cui il team ha condotto l'esperimento. Credito immagine:Jonas Kühn
Misurando questa polarizzazione circolare, però, è impegnativo. Il segnale è piuttosto debole e in genere costituisce meno dell'uno percento della luce riflessa. Per misurarlo, il team ha sviluppato un dispositivo dedicato chiamato spettropolarimetro. Consiste in una telecamera dotata di speciali lenti e ricevitori in grado di separare la polarizzazione circolare dal resto della luce.
Eppure, anche con questo elaborato dispositivo, i nuovi risultati sarebbero stati impossibili fino a poco tempo fa. "Solo 4 anni fa, potremmo rilevare il segnale solo da una distanza molto ravvicinata, circa 20 cm, e avevo bisogno di
osservare lo stesso punto per diversi minuti per farlo, " come ricorda Lucas Patty. Ma gli aggiornamenti allo strumento fatti da lui e dai suoi colleghi, consentono un rilevamento molto più veloce e stabile, e la forza della firma nella polarizzazione circolare persiste anche con la distanza. Ciò ha reso lo strumento adatto per le prime misurazioni aeree di polarizzazione circolare.
Misure utili sulla terra e nello spazio
Utilizzando questo strumento aggiornato, soprannominato FlyPol, hanno dimostrato che entro pochi secondi dalle misurazioni potevano distinguere tra campi in erba, foreste e aree urbane da un elicottero in rapido movimento. Le misurazioni mostrano prontamente la materia vivente che esibisce i caratteristici segnali di polarizzazione, mentre le strade, Per esempio, non mostrano segnali di polarizzazione circolare significativi. Con la configurazione attuale, sono persino in grado di rilevare i segnali provenienti dalle alghe nei laghi.
Dopo i loro test di successo, gli scienziati ora cercano di andare ancora oltre. "Il prossimo passo che speriamo di fare, consiste nell'eseguire rilevamenti simili dalla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), guardando la Terra. Ciò ci consentirà di valutare la rilevabilità delle biofirme su scala planetaria. Questo passaggio sarà decisivo per consentire la ricerca della vita dentro e oltre il nostro Sistema Solare utilizzando la polarizzazione, " afferma Brice-Olivier Demory, ricercatore principale e coautore di MERMOZ, dice il professore di astrofisica all'Università di Berna e membro del NCCR PlanetS.
L'osservazione sensibile di questi segnali di polarizzazione circolare non è importante solo per le future missioni di rilevamento della vita. Lucas Patty spiega:"Poiché il segnale è direttamente correlato alla composizione molecolare della vita e quindi al suo funzionamento, può anche offrire preziose informazioni complementari nel telerilevamento della Terra." Può ad esempio fornire informazioni sulla deforestazione o sulle malattie delle piante. Potrebbe anche essere possibile implementare la polarizzazione circolare nel monitoraggio delle fioriture algali tossiche, delle barriere coralline e gli effetti dell'acidificazione su di esse.
