NASA's Perseverance rover finds clues to ancient Mars chemistry and possible life

"将火星轨道矿物探测与毅力号漫游车原位探测数据相结合，让我们既能细致观察几处小区域的远古化学反应，又能获得地表数公里范围的宏观视角，"毕晓普表示。

着陆后，毅力号向西行进，利用全套仪器分析地表物质，并采集最具科研价值的样本以备将来带回地球。在着陆点附近，漫游车发现了富含橄榄石和辉石的玄武岩。随后在向西前往三角洲区域途中，它发现了层状沉积物、黏土和碳酸盐，印证了轨道观测结果。毅力号的仪器能以毫米至厘米级精度直接检测这些蒙脱石黏土和碳酸盐，分辨率远高于CRISM光谱仪。

在Neretva Vallis附近的Bright Angel和Masonic Temple考察点，毅力号发现了嵌于富黏土泥岩中的异常毫米级铁磷酸盐与硫化铁结核（Hurowitz等，2025）。这些呈现绿色调的化学还原态铁微粒与红色泥岩基质的鲜明对比，促使研究团队动用车载仪器展开深入分析。磷酸盐具有特殊意义，因为它们在地球生物活动中起关键作用。分析显示该泥岩主要由蒙脱石类黏土（如蒙脱石和绿脱石）、三价铁氧化物/氢氧化物（包括赤铁矿和针铁矿）以及钙硫酸盐（如石膏和半水石膏）构成。拉曼光谱数据显示，在周围泥岩氧化程度较低且有机物浓度较高的区域，还原态矿物更为富集。这种关联性暗示有机物可能直接影响了这些特殊的氧化还原反应。

"我们实验室通过将含氧化铁的水铁矿与氨基酸等有机物加热，成功观察到其转化为含还原态铁的磁铁矿的氧化还原反应，"毕晓普介绍道。

氧化还原反应是矿物获得或失去电子的化学过程，产生的能量有时可被生物体利用。氨基酸作为已知生命的基本构件，可能也通过与矿物的相互作用参与了前生命化学演化。毅力号SHERLOC仪器（有机与化学物质拉曼荧光扫描仪）的数据表明，杰泽罗陨石坑的有机物很可能曾与火星远古多种矿物发生过相互作用（Scheller等，2022）。

绿色微粒可能是蓝铁矿（一种磷酸盐矿物），其化学性质会随环境条件改变。毅力号在另一处Onahu考察点也发现了磷酸盐矿物，证据显示它们可能是后期被氧化的蓝铁矿。另一项针对杰泽罗陨石坑沉积物的研究，揭示了铁化学变化导致的彩色交互层理，证明火星环境曾发生可能影响宜居性的演变。

识别火星特定矿物是重建远古地球化学环境的关键。

"实验室纯矿物与混合矿物的光谱分析，是解读火星光谱数据的基础，"毕晓普强调。

在SETI研究所，毕晓普团队对层状硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐和磷酸盐等矿物开展实验室研究。这些研究为通过CRISM成像仪轨道观测和毅力号SuperCam仪器近红外光谱原位分析识别火星矿物奠定了基础。

但火星大气及仪器特性会扭曲CRISM高光谱数据，即使经过标准处理，轨道矿物识别仍具挑战性。Itoh和Parente（2021）采用迄今最先进的CRISM数据校正与降噪方法解决了该问题。早期处理流程会残留伪影和噪声，新方法能消除火星气体吸收带、传感器温度漂移甚至冰雾造成的畸变，同时滤除图像随机噪声。

"通过直接从图像提取大气印记，我们的技术能获得更纯净的地表光谱，"Parente解释道，"这种方法无需依赖人工光谱比值校正——以往为消除校准偏差采用的手段可能扭曲地表信号导致矿物误判。经此方法处理的CRISM数据，能更可靠地检测曾湮没在'噪点'中的微弱矿物特征。"

基于数据质量的飞跃，Saranathan和Parente（2021）的后续研究运用AI将净化光谱转化为迄今最精确的火星矿物分布图。该方案训练生成对抗网络（GAN）从CRISM数据自动学习不同矿物的特征光谱"指纹"。在这个GAN构建的特征空间中，矿物特征的细微差异清晰可辨，简单相似度度量即可准确判定各像素点矿物类型。研究绘制的优势矿物分布图，以前所未有的清晰度标定了碳酸盐、黏土和辉石等物质的分布。Parente团队发布的杰泽罗陨石坑矿物多样性地图，不仅成功识别已知矿藏，更发现早期测绘遗漏的小型矿物露头（Parente等，2021）。

这些创新技术通过提升轨道观测精度，帮助科学家深化对火星远古地球化学环境的认知。

地球上微生物常通过改变矿物化学性质与之相互作用。例如研究人员发现，南极无氧冷湖中的微生物能将硫酸盐（含氧化态硫）转化为硫化物（含还原态硫）（Bishop等，2003）。虽然目前火星暂无微生物证据，但若远古生命存在，杰泽罗陨石坑古湖中可能发生过类似硫酸盐还原为硫化物的过程。在地球上，细菌还能在富磷酸盐离子的缺氧沼泽中促进蓝铁矿形成。但考虑到火星漫长的地质年代，杰泽罗氧化态泥岩中发现的还原态蓝铁矿和硫化物微小包裹体，更可能源自非生物过程——例如涉及有机化合物的化学反应。

"我们曾通过硫同位素分析证实南极沉积物中厌氧水域硫化铁晶体的生物成因，"毕晓普指出。

待Bright Angel样本返回地球后，科学家通过类似硫同位素测试，或将获得揭示这些火星矿物形成过程的重要线索。

毅力号从Bright Angel和Masonic Temple采集的样本，既展现了火星远古复杂化学环境的潜力，也引发了关于形成这些特殊矿物的氧化还原反应的新问题。这些封存样本返回地球后，科学家将能用更强大的实验室技术研究其矿物组成、空间排列及成矿过程等微观细节。此类分析不仅能厘清火星化学演化史，还可能为地球外的前生命化学——乃至生命化学——研究提供启示。