När besättningsmedlemmarna i rymdskeppet Enterprise drar in i en bana runt en ny planet, är en av de första sakerna de gör att söka efter livsformer. Här i den verkliga världen har forskare länge försökt ta reda på hur man entydigt kan upptäcka livstecken på avlägsna exoplaneter.
De är nu ett steg närmare detta mål, tack vare en ny fjärrkänningsteknik som förlitar sig på en biokemi, som orsakar ljus i spiral i en viss riktning och ger en ganska otänkbar signal. Metoden, som beskrivs i en nyligen publicerad tidning som publicerades i tidskriften Astrobiology, skulle kunna användas ombord på rymdbaserade observatorier och hjälpa forskare att lära sig om universumet innehåller levande varelser som vi själva.
Under de senaste åren har detektering av livslängd blivit ett ämne av oerhört intresse eftersom astronomer har börjat fånga ljus från planeter som kretsar kring andra stjärnor, som kan analyseras för att avgöra vilken typ av kemikalier dessa världar innehåller. Forskare vill ta reda på någon indikator som definitivt kan säga dem om de tittar på en levande biosfär eller inte.
Exempelvis kan förekomsten av överdriven syre i en exoplanetts atmosfär vara ett bra antydande om att något andas på ytan. Men det finns gott om sätt som icke-levande processer kan generera syremolekyler och lura fjärrobservatörer att tro att en värld vrimlar av liv.
Därför har vissa forskare föreslagit att de letar efter kedjor av organiska molekyler. Dessa levande kemikalier finns i två arrangemang - en högerhänt och en vänsterhänt version som är som spegelvända bilder av varandra. I naturen producerar naturen lika stora mängder av dessa höger- och vänsterhandiga molekyler.
"Biologi bryter denna symmetri," berättade Frans Snik, en astronom vid Leiden University i Nederländerna och medförfattare till den nya artikeln, Live Science. "Detta är skillnaden mellan kemi och biologi."
På jorden väljer levande varelser en molekylär "hand" och håller sig med den. Aminosyrorna som utgör proteinerna i din kropp är alla vänsterhänta versioner av deras respektive molekyler.
När ljus interagerar med långa kedjor av dessa olika handarrangemang blir det cirkulärt polariserat, vilket betyder att dess elektromagnetiska vågor kommer att röra sig antingen medurs eller moturs. Oorganiska molekyler förmedlar generellt inte denna egenskap till ljusstrålar.
I tidigare arbete som publicerades i Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, tittade Snik och hans kollegor på nyplockade engelska murgröna i deras labb och såg när klorofyll (ett grönt pigment) skapade cirkulärt polariserat ljus. När bladen förföll blev den cirkulära polarisationssignalen svagare och svagare tills den försvann helt.
Nästa steg var att testa tekniken i fältet, och så tog forskarna ett instrument som upptäcker sådan polaritet på taket i deras byggnad vid Free University Amsterdam och riktade den mot ett närliggande idrottsfält. De var förvirrade för att se inget cirkulärt polariserat ljus, sa Snik, tills de insåg att detta var en av de få idrottsplatserna i Nederländerna med konstgräs. När forskarna riktade sin detektor mot en skog några mil bort kom den cirkulärt polariserade signalen högt och tydligt.
Frågan på miljoner dollar är huruvida organismer i en annan värld skulle uppvisa en liknande favoritism för enhandshållna molekyler, sa Snik. Han anser att det är en ganska bra satsning, eftersom kolbaserade kemikalier bäst passar ihop när de alla delar samma handighet.
Hans team utformar nu ett instrument som kan flygas till den internationella rymdstationen och kartlägga jordens cirkulära polarisationssignal för att bättre förstå hur en analog signatur kan se ut i ljuset från en avlägsen planet.
Det kommer att vara en extrem men värdefull utmaning, berättade Edward Schwieterman, en astronom och astrobiolog vid University of California, Riverside som inte var inblandad i arbetet, till Live Science. Att fånga en exoplanets ljus betyder att blockera ljuset från sin moderstjärna, som vanligtvis är cirka 10 miljarder gånger ljusare, tillade han. Om världen lever, kommer bara en liten del av dess ljus att innehålla den cirkulära polarisationssignalen.
"Signalen är liten, men tvetydighetsnivån är också liten," sa Schwieterman, vilket gör metoden användbar trots sin svårighet.
Framtida enorma rymdbaserade teleskop, såsom observatoriet Large UV Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), kan komma att reta ut denna svaga signatur. LUVOIR är fortfarande bara ett koncept, men skulle ha en spegeldiameter sex gånger bredare än den i Hubble rymdteleskopet och kan förmodligen flyga i mitten av 2030-talet, beräknar tjänstemän.
Snik tror att den cirkulära polariseringstekniken också skulle kunna föras närmare hemmet, på ett instrument som flygs till potentiellt bebodliga månar i det yttre solsystemet som Europa eller Enceladus. Genom att rikta en sådan detektor mot dessa frysta världar kan forskare se signalen från levande varelser.
"Kanske kommer vår första upptäckt av utomjordiskt liv att vara i vår trädgård," sade Snik.
Redaktörens anmärkning: Denna berättelse korrigerades för att notera att Sniks forskargrupp genomförde sina fältexperiment vid Free University Amsterdam, inte Leiden University. Den uppdaterades också för att inkludera en länk till den slutliga publicerade versionen av Sniks forskning i Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.
