在2020年夏天的火星探測器窗口期，一場史無前例的火星競賽開始了。截至目前為止，阿聯(lián)酋“希望號”和我國“天問一號”均已進入火星軌道，前者不會在火星著陸， “天問一號”則將在今年5月嘗試登陸。而美國耗資27億美元的火星探測任務(wù)“毅力號”將先拔頭籌，即將登陸火星，開啟火星生命搜尋之旅。

撰文 | 瞿立建

太平洋時間2月18日上午11時15分，美國“毅力號（Perseverance）”火星車將在火星登陸。毅力號攜帶七種科學(xué)儀器，主要目標是研究火星上一個叫耶澤羅（Jezero）隕石坑的地方。這個目標聽著平淡無奇，其實隱含著一個令人神往的目標——尋找生命。

美國“毅力號”火星車藝術(shù)圖

火星上找生命，靠譜嗎？

非常靠譜！

地球上最早的生命產(chǎn)生于45億至35億年前間，與大致同一時期的火星——41億至37億年前——有相似的自然環(huán)境，都有厚厚的大氣層，表面都有湖泊、河流、海洋。地球上能有生命，當(dāng)時的火星上當(dāng)然很可能也有生命。

但之后，地球上生命越來越繁盛，而火星卻到處火山噴發(fā)，使溫暖、濕潤的火星逐漸變成一個干燥、寒冷的地方，沒有一點生機。

然而，有個問題仍待回答：火星上是否曾有過生命？如果有的話，即使數(shù)量微乎其微，會留下某種遺跡嗎？

要回答這個問題，得去火星實地看看。美國的毅力號火星車就承擔(dān)著這樣的使命。

火星那么大，毅力號去哪里看看？

耶澤羅隕石坑

毅力號火星車的目的地是耶澤羅隕石坑。

耶澤羅隕石坑地圖，綠圈為毅力號火星車著陸區(qū)域。

耶澤羅隕石坑直徑45公里，研究認為這里后來成為火星上一個胡泊，有兩個洱海大。流入耶澤羅湖泊的河水淤積出的三角洲還保存完好。三角洲一層層的沉積物是尋找生命遺跡的好所在。

為什么呢？

我們知道地球上的生命是從水里開始的，一個自然的猜測是，火星上如果曾經(jīng)有生命，也最有可能是從水里開始。耶澤羅隕石坑后來變成一個湖，湖一般是富含生命的。

后來，火星上氣候劇變，耶澤羅湖水干涸。湖水沒了，但生命的遺跡可能留下來。

美國科學(xué)家根據(jù)2005年升空的火星勘測軌道飛行器上裝備的火星專用小型偵察影像頻譜儀（CRISM）傳回的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)杰澤羅隕石坑邊緣沉積有一圈碳酸鹽礦物，而碳酸鹽礦物能保護古生命遺跡安全度過漫漫數(shù)十億年的時光。古生命遺跡最常見的保存形式之一是疊層石。

地球上最古老的生命證據(jù)就是在疊層石里發(fā)現(xiàn)的。

澳大利亞西海岸旅游勝地鯊魚灣就有很多疊層石，它們是既沒有絢麗色彩，也沒有奇異的造型，疙疙瘩瘩的表面、暗淡無光的色澤甚至讓它們看上去頗為丑陋。

疊層石不起眼的外表下，隱藏著地球古老的生命的遺跡。37億——35億年前，地球上出現(xiàn)了能進行光合作用的微生物，它們還會分泌黏液，能夠捕獲、結(jié)合水中的沉積物和礦物。微生物被沉積層蓋住之后，為了進行光合作用，會從沉積層里鉆出來，繼續(xù)同樣過程，沉積物層層堆疊積累，最終形成一種特殊的有機沉積結(jié)構(gòu)，即疊層石。

地球上碳酸鹽礦物里找到過古微生物行成都疊層石，火星上大概也會發(fā)生同樣的事情吧。

澳大利亞西海岸旅游勝地鯊魚灣的疊層石

疊層石

當(dāng)然，只找到石頭是不夠的，還要在石頭里找到有機分子。發(fā)現(xiàn)有機分子也不夠，并不能說明它們就是生命留下的，因為無機物也可以生成有機分子。總之，要判斷有沒有生命，需要很細致的分析。

毅力號要靠什么完成使命？

七種武器

毅力號裝備有七大儀器，多種手段尋找生命遺跡。

毅力號有兩只“眼睛”，叫做Mastcam-Z，一種變焦全景相機。這架相機能夠拍出3D高清圖像和視頻，供科學(xué)家分析火星表面的地形地貌，公眾將見證毅力號每天的發(fā)現(xiàn)。Mastcam-Z還將幫助確定尋找生命遺跡的樣品，尤其是疊層石，供其他儀器分析。

Mastcam-Z

在Mastcam-Z上方的分析儀器是超級相機（SuperCam），由一臺照相機、兩個激光器和四個光譜儀組成，作為此前“好奇號”上的ChemCam（化學(xué)相機）的激光升級版，新設(shè)備被命名了Super，主要工作是識別巖石和土壤的化學(xué)組成。超級相機的首席研究員、洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Roger Wiens表示，“超級相機具有獨特的清除表面灰塵的能力”，它能發(fā)射激光照到巖石或土壤上，然后借助光譜儀檢測其中是否存在有機物。

超級相機遠距離分析巖石和土壤藝術(shù)圖

火星車前方機械臂上裝載的儀器是另一臺光譜儀SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals, SHERLOC)，它是紫外拉曼和熒光光譜儀，能發(fā)出單色光，打到巖石或土壤上，分析散射光的波長和振幅，可推斷巖石或土壤里有什么有機分子。在SHERLOC還搭載一個彩色攝像頭WASTON，用于拍攝巖石的特寫圖像。

在SHERLOC下方，裝有X射線巖石化學(xué)行星儀（Planetary Instrument for X-Ray Lithochemistry，PIXL），用于確定火星表面巖石和土壤中亞毫米尺度上化學(xué)元素的含量和分布。這個儀器可能找到可能源自微生物新陳代謝的任何一種元素模式或特征，比如紅層巖石中富含釩元素的小黑點。

圖為新疆紅層。紅層巖石中富含釩元素的小黑點與生物過程有關(guān)?；鹦菐r石中化學(xué)元素分布有沒有微生物新陳代謝的元素模式或特征？X射線巖石化學(xué)行星儀（PIXL）可一探究竟。

X射線巖石化學(xué)行星儀探測巖石的藝術(shù)概念圖

毅力號還裝備有火星地下實驗雷達成像儀（Radar Imager for Mars' subsurface experiment，RIMFAX），這也是首次在火星探測器上安裝雷達裝置，用于確定火星上地下10米深度以內(nèi)的地質(zhì)特征，如巖石、隕石、地下冰、鹽等，由此可分析火星上過去是否具備支持生命存在的條件。

火星地下實驗雷達成像儀藝術(shù)圖

毅力號還著眼于未來的火星登陸任務(wù)，要了解火星每日的天氣情況就要靠火星環(huán)境動力學(xué)分析儀（The Mars Environmental Dynamics Analyzer，MEDA），它能夠?qū)鹦谴髿獾臏囟?、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、相對濕度以及沙塵的大小和形狀進行記錄，相當(dāng)于一個氣象站。MEDA還能測量火星上接收到的來自太陽和太空的輻射情況，而輻射會影響生命遺跡。輻射相關(guān)數(shù)據(jù)可幫助科學(xué)家更好地確定去哪里尋找生命。MEDA這個縮寫在西班牙語可以大致翻譯成“給我”，“MEDA，給我氣溫數(shù)據(jù)！”

火星環(huán)境動力學(xué)分析儀（The Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA)）

未來人類會登上火星，甚至在火星生活，而有一條有利因素就是火星上有輕微的氧氣（0.13%）和大量的二氧化碳（96%）。如果將火星大氣改造好，提高氧氣含量，那么我們在火星生活的希望就大大提高了。因此，毅力號還帶了一臺造氧機——火星氧氣就地資源利用實驗儀（Mars Oxygen ISRU Experiment，MOXIE），它像植物一樣，吸收二氧化碳，排出氧氣。如果這臺儀器可行，下一步會發(fā)射一臺放大版的儀器，改造火星大氣。事實上，MOXIE更實際的作用是為了人類能夠從火星返回地球，便于給火箭提供燃料，可不光是為了人類喘氣。

火星氧氣就地資源利用實驗儀（Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE)）

火星上如果有生命，對于我們地球人意味著什么？

如果火星上確實有生命，這可能會改變我們對自己在宇宙中的地位的看法。

哥白尼提出地球不是宇宙的中心

自從哥白尼第一次提出地球不是宇宙的中心，我們在宇宙中的位置慢慢變得越來越平庸。我們再后來逐漸了解到，我們的太陽也不是宇宙的中心，而是和大量其他恒星一樣，圍繞著我們的銀河系中心運行。我們的銀河系只是數(shù)千億星系中的一個。如果能在另一顆行星上發(fā)現(xiàn)生命，哥白尼式的革命就完成了，這向我們表明，地球不是唯一擁有生命的特別之地。

讓我們一起期待毅力號早日傳來消息。

參考資料

• https://www.jpl.nasa.gov/news/nasas-mars-2020-will-hunt-for-microscopic-fossils/

• https://mars.nasa.gov/mars2020/spacecraft/instruments/

• https://www.sanfordlab.org/article/sherloc-goes-mars