在2020年夏天的火星探測(cè)器窗口期，一場(chǎng)史無(wú)前例的火星競(jìng)賽開始了。截至目前為止，阿聯(lián)酋“希望號(hào)”和我國(guó)“天問一號(hào)”均已進(jìn)入火星軌道，前者不會(huì)在火星著陸， “天問一號(hào)”則將在今年5月嘗試登陸。而美國(guó)耗資27億美元的火星探測(cè)任務(wù)“毅力號(hào)”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(shí)間2月18日上午11時(shí)15分，美國(guó)“毅力號(hào)（Perseverance）”火星車將在火星登陸。毅力號(hào)攜帶七種科學(xué)儀器，主要目標(biāo)是研究火星上一個(gè)叫耶澤羅（Jezero）隕石坑的地方。這個(gè)目標(biāo)聽著平淡無(wú)奇，其實(shí)隱含著一個(gè)令人神往的目標(biāo)——尋找生命。

美國(guó)“毅力號(hào)”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(shí)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(shí)的火星上當(dāng)然很可能也有生命。

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

然而，有個(gè)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(huì)留下某種遺跡嗎？

要回答這個(gè)問題，得去火星實(shí)地看看。美國(guó)的毅力號(hào)火星車就承擔(dān)著這樣的使命。

火星那么大，毅力號(hào)去哪里看看？

耶澤羅隕石坑

毅力號(hào)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(hào)火星車著陸區(qū)域。

耶澤羅隕石坑直徑45公里，研究認(rèn)為這里后來(lái)成為火星上一個(gè)胡泊，有兩個(gè)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(gè)自然的猜測(cè)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(lái)變成一個(gè)湖，湖一般是富含生命的。

后來(lái)，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(lái)。

美國(guó)科學(xué)家根據(jù)2005年升空的火星勘測(cè)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(hù)古生命遺跡安全度過漫漫數(shù)十億年的時(shí)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(wú)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(jìn)行光合作用的微生物，它們還會(huì)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(jìn)行光合作用，會(huì)從沉積層里鉆出來(lái)，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(jī)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(huì)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(jī)分子。發(fā)現(xiàn)有機(jī)分子也不夠，并不能說明它們就是生命留下的，因?yàn)闊o(wú)機(jī)物也可以生成有機(jī)分子?？傊?，要判斷有沒有生命，需要很細(xì)致的分析。

毅力號(hào)要靠什么完成使命？

七種武器

毅力號(hào)裝備有七大儀器，多種手段尋找生命遺跡。

毅力號(hào)有兩只“眼睛”，叫做Mastcam-Z，一種變焦全景相機(jī)。這架相機(jī)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(hào)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(jí)相機(jī)（SuperCam），由一臺(tái)照相機(jī)、兩個(gè)激光器和四個(gè)光譜儀組成，作為此前“好奇號(hào)”上的ChemCam（化學(xué)相機(jī)）的激光升級(jí)版，新設(shè)備被命名了Super，主要工作是識(shí)別巖石和土壤的化學(xué)組成。超級(jí)相機(jī)的首席研究員、洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Roger Wiens表示，“超級(jí)相機(jī)具有獨(dú)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(cè)其中是否存在有機(jī)物。

超級(jí)相機(jī)遠(yuǎn)距離分析巖石和土壤藝術(shù)圖

火星車前方機(jī)械臂上裝載的儀器是另一臺(tái)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(zhǎng)和振幅，可推斷巖石或土壤里有什么有機(jī)分子。在SHERLOC還搭載一個(gè)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(gè)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(diǎn)。

圖為新疆紅層。紅層巖石中富含釩元素的小黑點(diǎn)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(cè)巖石的藝術(shù)概念圖

毅力號(hào)還裝備有火星地下實(shí)驗(yàn)雷達(dá)成像儀（Radar Imager for Mars' subsurface experiment，RIMFAX），這也是首次在火星探測(cè)器上安裝雷達(dá)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(shí)驗(yàn)雷達(dá)成像儀藝術(shù)圖

毅力號(hào)還著眼于未來(lái)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(dòng)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(duì)濕度以及沙塵的大小和形狀進(jìn)行記錄，相當(dāng)于一個(gè)氣象站。MEDA還能測(cè)量火星上接收到的來(lái)自太陽(yáng)和太空的輻射情況，而輻射會(huì)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(gè)縮寫在西班牙語(yǔ)可以大致翻譯成“給我”，“MEDA，給我氣溫?cái)?shù)據(jù)！”

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

未來(lái)人類會(huì)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?cè)诨鹦巧畹南Ｍ痛蟠筇岣吡?。因此，毅力?hào)還帶了一臺(tái)造氧機(jī)——火星氧氣就地資源利用實(shí)驗(yàn)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(tái)儀器可行，下一步會(huì)發(fā)射一臺(tái)放大版的儀器，改造火星大氣。事實(shí)上，MOXIE更實(shí)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(shí)驗(yàn)儀（Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE)）

火星上如果有生命，對(duì)于我們地球人意味著什么？

如果火星上確實(shí)有生命，這可能會(huì)改變我們對(duì)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?cè)谟钪嬷械奈恢寐兊迷絹?lái)越平庸。我們?cè)俸髞?lái)逐漸了解到，我們的太陽(yáng)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(yùn)行。我們的銀河系只是數(shù)千億星系中的一個(gè)。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(hào)早日傳來(lái)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