In July 2020, Cape Canaveral controllers will fire the giant engines of an Atlas V-541 rocket. If successful, the mission will confirm that life once existed on Mars.
更新于 2021 年 2 月 18 日
火星上曾经有生命吗？我们很快就会知道答案。
2020 年 7 月 30 日，一个温暖晴朗的早晨，Mike Tice 看着卡纳维拉尔角航天中心控制人员点燃了阿特拉斯V-541 运载火箭的巨型发动机。附近的建筑在摇晃。发动机爆发出 379,600 磅的推力，将 117 万磅的飞行器送入太空进行星际航行。若任务成功，将能够确定火星上曾有生命存在，并加深我们对地球及这颗颜色怪异的兄弟行星的了解。
科学家们认为火星上曾经有过生命，它看起来可能与地球上的生命不同。
火星 2020 任务将探索一个曾经可能有利于微生物生命的古环境地区。经全新设计的“毅力号”探测车上搭载的科学仪器将探测火星岩石和土壤，寻找这些生命形式的迹象。并收集样本，为未来可能返回地球的任务做准备。
2021 年 2 月 18 日，星期四，在任务控制中心爆发的欢呼声中，毅力号安全着陆在火星表面。
Tice 博士是德州农工大学地球生物学和沉积地质学的副研究员。他将分析从火星表面发回的一些数据，以回答这个关于遥远星球上生命的古老问题。
经过七个月的火星之旅，科学仪器设备将于 2021 年 2 月在火星上宽 28 英里的杰泽罗陨石坑着陆。
选择这个地点花了五年时间，它拥有丰富的地质地形，其地貌距今已有 36 亿年。执行此次任务的科学家认为，杰泽罗陨石坑曾经是一个古老的河流三角洲所在地。几十亿年前流入陨石坑的水和沉积物可能收集并保存了古老的有机分子和其他潜在的微生物生命迹象。
这项任务可以回答行星进化和天体生物学中的重要问题。
Jezero Crater on Mars
加州喷气推进实验室的工程师设计了此次任务的有效载荷“毅力号”火星车。“毅力号”火星车是一个轮上的科学实验室，目的是更多地了解火星的地质。“毅力号”将探索地质地貌多样化的着陆点，评估古代的宜居性，在已知会随着时间的推移保存生命迹象的特殊岩石中寻找古代生命的迹象，并论证未来机器人和人类探索火星的技术。
这辆六轮驱动火星车搭载了七种仪器来分析火星岩石和土壤，包括一台用于化学表征的拉曼光谱仪、一台紫外可见光谱仪和一台 X 射线荧光（XRF）光谱仪，后者利用 X 射线与材料的相互作用来无损地确定物质的元素组成。
Artist's illustration of NASA's Mars 2020 Perseverance rover
“毅力号”将至少运行一个火星年，相当于两个地球年，尽管以往任务中使用的类似探测车已超过了其预期使用寿命。
Mike Tice, Ph.D., is an associate research scientist for geobiology and sedimentary geology at Texas A&M University
包括 Tice 在内的数百名科学家将操作毅力号及其机载实验室设备，并分析送回地球的数据。团队共有 15 到 20 名具有不同专业背景的科学家，他们操作微区 XRF 光谱仪并分析得到的数据。
火星 2020 是一个全球性协作项目，团队成员分布在帕萨迪纳、纽约、布里斯班、伦敦、马德里，以及 Tice 和他的家人居住的科罗拉多州的博尔德。该团队将选择古代湖床中作为探测对象，设置定位仪器，并解释经过 45 分钟从火星传回地球的数据。
“我对探测留下地质特征但已不复存在的生命很感兴趣，”他在谈到他针对地球的工作时说。“我在这里做得越多，它就能在火星上做同样多的事情。”
他在微区 XRF 仪器上的部分工作包括获取团队前晚获得的数据，快速决定是否收到了他们所需的数据，并确定下一步的工作内容。这些决策和判断将实时做出。
科学家们将试图了解湖泊形成的时间，以及当时的环境条件。
“我们总是会问，这个古老的湖泊是否有合适的化学物质来支持生命。”他说。“水的酸碱度是多少，水中溶解了什么气体，诸如此类。然后我们会问，是否有任何证据表明周围有生物利用了那里可以利用的能源。”
先前的任务使用的仪器可以测量大约两厘米大小的区域。对于研究岩石成分，此精度足矣。
但如果你对潜在微生物生命的痕迹感兴趣，微区 XRF 光谱仪会为你提供成分信息，以便将化学物质与最多毫米级的物理结构和纹理相关联。
该仪器和火星车的其他工具安装在一个铰接臂上。通常在实验室里，研究人员在微区 XRF 光谱仪下移动样品。但是在火星上，整个仪器会在静止的物体上移动。这在准确度方面提出了挑战，特别是考虑到火星上的极端热涨落及其对复合臂膨胀和收缩的影响。
微生物以改变环境的方式与环境发生化学反应，并留下地质记录。
Tice 说：“在我多年的研究中，我真正专注的是使用微区 XRF 作为一种技术来寻找单细胞生物以化学方式改变其环境的细微痕迹。”
“绝大多数情况下，生物的多样性来自于每种生物处理物质的化学方式，或者它以什么为食和靠什么呼吸。它从哪里获得生存和成长的能量？它会呼吸氧气、硝酸盐、铁锈或者其他更奇特的物质吗？你首先想知道的是它靠什么呼吸以及以什么为食。”
这类痕迹出现的典型方式之一是微生物偏向于与铁相互作用的结果。不同的微生物能够从氧化或还原铁中获取能量，并将其用作生长和繁殖的能量。当铁被氧化或还原时，其中所含的矿物被改变。
“我最常做的事情之一就是我会去寻找证据，证明铁一直在以与生活在铁或沉积物中的微生物一致的方式转移。这增加了那里存在生物的可能性。”
微区 XRF 在这里扮演着特殊的角色。
“微区 XRF 的真正优点是，它可以让你将这些信号与形状和岩石联系起来，尤其是形状和沉积岩，这些岩石可以传达部分关于水或空气如何与沉积物相互作用的信息。”
Tice 和他的团队希望找到这些过程副产品的化学和物理证据，如果将这些证据放在一起，将能证明火星上存在古老的生命形式。
位于德州大学城的德州农工大学 Tice 实验室配备了 HORIBA XGT-7000微区 X 射线荧光分析仪，它结合了光学观察和元素分析等功能。事实上，XGT-7000 与 PIXL 非常相似，是一种 XRF 面扫描设备，同时也是火星 2020 任务科学装备的一部分。
该系列最新仪器 HORIBA XGT-9000 将更高的灵敏度和全新的成像技术与高速异物分析集成在一个装置中。
Horiba's XGT-9000 X-ray Analytical Microscope
Tice 认为，在毅力号运行期间，他的团队很有可能会揭开杰泽罗陨石坑的古湖泊中是否存在过生命的谜题。
“我们将告诉公众那里有什么样的生命，这些生物是如何生存的，以及它们的规模如何。”他说道。“那里有很多生命吗？如果是微生物，它们是以大型结构存在，还是只是分散在各处？”
这项研究可能会改变我们对这颗红色星球的看法。
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