毅力号的巨型“手持放大镜”将在火星上搜寻古代生命的迹象

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美国宇航局的工程师们将“毅力号”火星探测器运送到火星近 3 亿英里外的地方，去解读隐藏在火星岩石中的秘密。一条七英尺长的机械臂负责完成这次旅程，它带着一组不同的机械眼睛，从几英寸远的地方观察火星岩石。研究人员希望，这个距离足够近，可以发现古代生命可能留下的细微雕刻。

行星 X 射线岩石化学仪（PIXL）就是这样一种机械窥镜，其作用与许多地质学家在野外携带的 10 倍手持镜头类似。但除了放大之外，PIXL 还将以一种前所未有的方式分析火星上的岩石（在地球上也并不常见）。该仪器将告诉指导它的行星科学家和天体生物学家，岩石的成分不仅准确，而且其组成元素的排列方式也至关重要——这些信息对于确定物体的来源以及原始微生物是否参与了其形成至关重要。

PIXL 的工作原理是向岩石发射强大的 X 射线，然后观察返回的 X 射线（因为不同元素的原子与 X 射线的相互作用方式不同）。自 20 世纪 70 年代的维京号以来，每艘火星着陆器都携带了这种“X 射线荧光”仪器，用于区分铁和铜等物质。但 PIXL 以全新的方式应用了这项技术。

PIXL 并非将粗光束对准岩石，然后返回单个位置的元素简单列表，而是使用像人发一样细的 X 射线束来回扫描样本。当它在几个小时内覆盖网格时，它会组合一系列可堆叠的图像，显​​示近二十种元素（如钠、钾和镍）在不大于邮票的区域内的精确排列。

这些“元素图”将帮助研究人员揭开每个样本的独特历史。大多数岩石都带有过去遭受侮辱的痕迹，例如被刺穿或埋葬。了解样本中物质的分布将有助于科学家重建数十亿年前火星上发生的事情。“年轻的东西穿过了更古老的东西，而年轻的东西又位于更古老的东西之上，”PIXL 的首席研究员阿比盖尔·奥尔伍德 (Abigail Allwood) 说。

有时，至少在地球上，生物会凿刻无生命的东西。Allwood 和她的同事计划使用 PIXL 在火星上寻找此类雕刻。

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此前探测车的跋涉帮助行星科学家确定火星曾经足够温暖和潮湿，足以让生物（正如我们所知）生存，但这种状态可能不会持续很长时间。如果生命设法站稳脚跟，它很可能来不及进化出极其基本的形式，它留下的任何痕迹也同样低调。

但总的来说，即使是最简单的微生物群落也可能会在火星岩石上留下痕迹，PIXL 和其他仪器可能有助于识别这些痕迹。例如，在地球上，最古老的生命迹象不是化石，而是被称为叠层石的奇怪石头图案。

叠层石是微生物的残留物，它们曾经聚集成薄膜，吸收阳光，无意中塑造了周围落下的沙子。随着新的“微生物垫”在旧微生物垫上生长，它们形成了一堆薄片，这些薄片在其他微生物痕迹消失很久之后仍以石头的形式存留下来。

研究人员对火星微生物可能形成什么图案知之甚少，但叠层石的分层结构可以证明这一概念。如果 PIXL 的元素图显示一堆波浪状的层，那么这块岩石就值得采样以供在地球上进一步研究（毅力号将储存样本以供未来的任务取用）。

事实上，Allwood 开发 PIXL 的部分原因是为了破译地球上叠层石的神秘信息。她所在的团队研究了最古老的陆地叠层石（澳大利亚样本，可追溯到 35 亿年前），第一次是在 2006 年，第二次是在 2009 年，当时他们使用了商用 X 射线荧光显微镜——PIXL 的祖先。

当时，大多数研究人员认为，要弄清叠层石状图案是由原始微生物还是地质力量形成的，关键是要逐微米地仔细检查样本。但对 Allwood 来说，缩小范围并研究更大范围的岩石往往能得到更清晰的答案。“我总是发现，退一步思考问题有助于你更好地理解它，”她说。

她很快就加入了 NASA 喷气推进实验室，担任博士后研究员。2011 年，她开始着手开发第一台 PIXL 原型，希望有朝一日能将其送上火星。2016 年，该仪器得到了进一步发展，当时一个团队宣布在格陵兰岛发现了一个更古老的叠层石群，可追溯到 37 亿年前。

但在 Allwood 和其他同事使用 PIXL 原型分析格陵兰叠层石样本后，微生物起源论站不住脚。PIXL 的分析表明，在所谓的叠层石内部和外部，元素的分布几乎没有差别。他们也看不到任何层或“层纹”，这肯定表明岩石中的图案不是微生物留下的。“使用 PIXL 绘制的地图显示，层纹甚至连一丝化学痕迹都没有。”

鉴于研究人员花费数年时间，使用大大小小的各种仪器来争论地球上微生物垫化石的真实性，PIXL 的单束 X 射线几乎没有机会独自找到火星上过去存在生命的明确证据。

要令人信服地证明这颗红色星球曾经是微生物的家园，需要毅力号上其他各种仪器提供的更多证据，并最终检索最有希望的样本在地球上进行全面分析。

天体生物学家需要“丰富的信息，包括现场仪器观察和返回样本观察，”奥尔伍德说。“没有确凿的证据。”