科幻故事作家热衷于讲述激光外星人造访地球的故事——但实际上，现在是我们正在使用先进的激光束来搜寻地外生命迹象。
马里兰大学的地球科学家和工程师们最近创造了一种新型技术，该技术专为太空飞行而设计，并利用光来分析分子。这项上周发表在《自然·天文学》杂志上的工作，将地球上常见的分子分析实验室仪器——Orbitrap——缩小，使其足够紧凑和轻便，可以安装在NASA的太阳系任务中。他们还将改进的Orbitrap与激光结合，激光可以分解行星表面的物质，为分析做准备。
“我很高兴看到我们能在地球以外探测到什么样的复杂分子，”马里兰大学地球科学家、该研究的合著者Grace Ni表示。“新一代Orbitrap分析仪的测量细节比旧系统提高了约200倍，”她补充道。它可能在未来十年内投入任务使用。
Orbitrap是一种用于质谱法的工具，这是科学家们常用的技术，它通过质量分离分子，并测量样品中每种分子的含量。尽管这些设备在地球各地的医疗、生物和其他工业实验室中都有使用，但它们也很大，重约400磅——比一只大熊猫重一点。外太空任务在携带物品方面常常受到限制。一台巨大的Orbitrap根本无法飞行。然而，新版本仅重约17磅。
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此外，任务团队常常不得不在一个大型组件或多个小型工具之间进行选择。选择太空任务的仪器“就像选择在你的便携式瑞士军刀上带上什么工具一样，”康奈尔大学的航空航天工程师Zach Ulibarri（未参与新研究）解释道。“但同时，瑞士军刀上的工具比你放在车库里的工具要小、要轻，就像你的航天器上的仪器必须比你在实验室里使用的全尺寸仪器要小、要轻一样。”
在测量分子之前，升级后的激光工具会使用紫外脉冲分解行星表面的化合物——例如火星上的岩石、恩克拉多斯的冰冷外壳，或其他可能存在生命的太阳系内有趣目标。然后，它们会被输送到小型化的Orbitrap光谱仪中，在那里测量样品的成分。
加州大学河滨分校的天体生物学家Eddie Schweiterman（未参与新的Orbitrap项目）解释说，该工具将能够获取与生命相关的分子的“指纹”，同时提供有关被探索的行星或卫星周围地质信息。生命迹象的关键在于背景信息——科学家必须能够排除非生命来源的相同类生命化学物质。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）远程进行详细的化学分析，而不是将样本送回地球。
尽管在探测遥远系外行星上的生物标记方面有很多正在进行的工作，但这与通过升级的Orbitrap通过探测器探索太阳系完全是两回事。Schweiterman说，使用Orbitrap任务要分析的大分子“不容易被远程观察到，尤其是在星际距离上”。相反，系外行星只能通过望远镜从数光年外观察。但天文学家可以将配备这种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“可能成为太空任务期间数据存储和传输的难题，”Ni说。希望随着计算机技术的不断进步，工程师们能找到巧妙的方法来解决这个问题。即便如此，数据存储也不是Orbitrap的“梦想杀手”——只是在设计航天器时需要考虑的另一个因素。正如Ulibarri所说，“每种仪器都有其优点和缺点。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的，但像改进的Orbitrap这样的新仪器技术扩展了未来任务的可能性。“总是很高兴能为潜在的航天器工具箱增加一个新工具，”Ulibarri说。“而Orbitrap是一个功能特别强大的工具。”
