地球，如今遥远，看起来像是一片被空荡荡的海洋环绕的、没有生命的陆地。你永远不会知道，形形色色的生命——从葡萄球菌到大象再到人类——都在它的表面活动。我刚刚花了两年时间在一个广阔的轨道上围绕着这颗蓝色的弹珠飞行，这是我通往木星的漫长旅程的第一步。我们在这架太空发射系统货运舱里绕着地球盘旋，直到我们的位置刚好可以让地球的引力把我们甩向木星。
不过，那并不是我的新家。我要去的是欧罗巴，一个更小的星球。它的外层包裹着数英里厚的冰层。但在下面，就像我现在被困在这个着陆器里一样，可能有一个海洋。科学家说，凭借它的水和化学成分，它可能是太阳系中最有可能存在生命的星球（地球除外）。其他载有其他仪器的航天器曾经飘过它：先驱者号、旅行者号、伽利略号（名字很棒，不是吗？）。它们用远视相机向下看，没有看到任何挥舞着白旗的生物。事实上，人类制造的设备从未发现过外星生命存在的确切迹象。但也许它们只是没有——或者无法——看得足够仔细。
我能。你好，我是沙穆。（这名字也很棒，不是吗？）近距离观察是我的存在的意义。我将降落在欧罗巴的冰冷表面，一个钻头将深入月球。我将吸取它的液体精华，并窥探没有人见过的放大细节。也许我的视野只显示水，干净，没有微生物。但也许不是。
尽管沙穆（正式名称为“超分辨率潜水式全息天体生物学显微镜”）虽然有能力旅行，但它仍然非常实在地留在地球上，在波特兰州立大学科学、研究和教学中心的地下实验室里，科学作家可以来这里与它见面。沙穆是一款坚固的现场仪器，它使用激光为液体样本中移动的微生物创建3D电影。虽然存在类似的工具，但那些拥有高清功能的工具过于精致，无法带到野外，而那些坚固的工具又不够精确，无法看到微小的细菌。与此同时，沙穆的支持者认为，它不仅适合研究地球极端环境中的奇异生命，也适合研究地球以外是否存在生命。沙穆占据着科学家杰伊·纳多实验室的一小部分空间。在一个三月的周五，纳多正在工作，她靠在一把高高的滚轮椅上，椅背上搭着两件毛衣。她自己也穿着一件毛衣（毕竟这是太平洋西北地区），上面印着一群羊驼在她身上行进。墙边停放着她用来通勤的 Ridley 公路自行车，旁边放着一个头盔和一个 CPU。纳多在所有尺寸上都很小，而且很专注，短卷发从她的头上弹出来。她走过湿实验室的台子，来到后面的房间，一位研究生坐在电脑前，基本上忽略了她。在那里，纳多把手搭在一个几英尺见方的金属网笼子上。里面放着一个装有 70% 消毒酒精溶液的喷壶、一卷橙色胶带和一个看起来像录音机的 Thorlabs 温度控制器。但主要的东西是一个神秘的管状物体，大约 2 英尺长，宽度和一个酒瓶差不多，用螺栓固定在一个连接在笼子底部的银色梁上。纳多说，这就是“显微镜”。说实话，沙穆看起来相当不起眼——就像一个玩具望远镜。纳多团队还创造了更简单的版本。“我们做了一个可以装进汽水罐里的，”她说，“电子元件只有几包扑克牌那么大。”目前，沙穆被限制在地球上，只能观察来自地球北极地区的冰冷水、超咸的沙漠水，以及不幸被困在那里的蠕动的嗜极生物。但纳多希望有一天它能一窥欧罗巴的液体。从一个地方换到另一个地方，对纳多来说并不新鲜。她获得了理论物理学博士学位，之后在加州理工学院转向生命科学。当她走进第一个生物实验室时，一切都是陌生的，几乎让她不知所措。“所有东西看起来都像装着清澈液体的试管，”她说。第一次，另一个实验室寄给她一个 DNA 样本时，她找不到基因。他们寄给她一个几乎空的信封。“里面除了一个用铅笔画的圆圈和几张笔记，还有一张滤纸，”她说。当然，DNA 就在纸上，她不得不浸泡它来溶解样本。
她被扔进了寒冷而危险的深水区，最终学会了她要做的事情，并在 NASA 的喷气推进实验室继续她的研究，在那里她给微生物注入了发光纳米颗粒，这些颗粒会粘附在不同的化学物质上，从而使纳多能够追踪它们。JPL 对如何获取其他行星上生命的信息很感兴趣。而这一追求始于对地球上生命的理解。于是，纳多部分成为了天体生物学家，并最终成为了加拿大麦吉尔大学的生物医学工程教授。
大约在她开始的时候，2004 年，国家正在加大对天体生物学——研究地外生命迹象——的投入。加拿大政府刚刚资助了一个研究网络，以确定北美北部一些类似于其他行星的地点。
“你写一份关于你想去的提案，然后你就可以去了，”纳多说。她去了努纳武特地区，那里有来自永久冻土层的冷泉，流淌着奇特的小生命。在她定期前往这些火星般的地点时，她随身携带了一个荧光显微镜，以测试其在极端、外星环境中的能力——并观察那里可能生存的生物。要使用它，她会在每个样本中注入荧光染料，这些染料会标记特定的化学目标。显微镜向样本发射高强度光，照亮染料，仪器的光学系统会生成样本的放大图像，其相关分子闪闪发光。
然而，显微镜只能处理小样本，这使得寻找她想要的生物更加困难。而且仪器本身既脆弱又难以小型化，不适合偏远地区。此外，如果这些染料有一天溅到火星表面，NASA 的行星保护办公室可能会找上门来。
接下来，她考虑全息显微镜，因为它们可以制作实时播放的3D电影，而且不需要有污染性的染料或人工对焦。这些仪器向样本发射激光，并根据样本散射光的方式，构建出内部所有维度数字电影。
起初，纳多和她的团队使用了一个市售的显微镜，但它提供的画面不够清晰。2014年，她对喷气推进实验室的同事说，她希望有人能制造一个更好的，他们回应说：“我们可以。”
他们一起开发了沙穆。她和 JPL 的工程师讨论了每一代产品应该具备的规格，然后他们进行制造。之后，纳多会把它们带到野外测试它们是否有效。你不需要对焦它，而且它会吸入大量液体。如果生物密度稀疏，样本没有充满生命，这在恶劣环境下是可能发生的情况，那么这一点就是优势。
尽管沙穆从外面看起来很简单，但它却蕴藏着隐藏的深度。它与其他便携式全息显微镜不同，其他显微镜只有一个激光。沙穆将其分成两个：一个是所谓的参考光束，它直接穿过纯净水样本，什么也不遇到。另一个是科学光束，它穿过样本——无论是冰川融水，还是咸水，还是（也许有一天）欧罗巴的洋水——并根据它遇到的东西而改变。显微镜将两束光合并并进行比较：无光束和有光束之间的差异等于其中存在的生命。这个过程是瞬间发生的，让微生物在你眼前游动。正如纳多所说：“我们看见生命就知道是生命。”
更具体地说，纳多认为，当我们看到生命在运动时，我们就知道生命的存在，从而给出了其存在的看似无可辩驳的证据。“我们的视觉系统可能比任何判断这是活的还是死的可能方法都要好。”她认为，我们只需要看看。
当然，纳多宁愿我们用沙穆来寻找外星生命。她拍了拍铜网，走到电脑旁，在那里她试图找到一篇她合著的题为“就是看！”的白皮书。意思是，寻找真正的外星微生物，而不仅仅是代谢产生的化学物质等间接生命迹象。
纳多找不到那篇论文，但她用以下方式重申了它的核心思想：当科学家们想看看马里亚纳海沟里有什么在游动时，他们把一块诱饵绑在棍子上，用相机观看。海洋生物从藏身之处游出来，好奇地前来查看。科学家们将其拍成了电影，从而了解到那里住着生物。“这正是我们想做的，但规模是微生物级别的，”纳多说。
在欧罗巴，钻头将钻入冰层超过 10 厘米——足以到达从地表裂缝渗出的液体——然后沙穆将进行观察。但在 JPL-纳多团队能够说服 NASA 让他们有机会使用这个显微镜之前，他们需要在更熟悉的地方进行测试。比如格陵兰。他们在 2015 年做到了。
我被装在我的箱子里——鲜橙色的塑料，上面画着一只黑色的虎鲸——什么也看不见。但我听说我们要去格陵兰，途经冰岛。在机场，有人把我放在传送带上通过了金属探测器。话语透过我的外壳模糊地传来。“它是一种科学仪器，”有人说。其他声音问了我很多关于我是什么、我来这里做什么的问题，这让我产生了存在危机。
不久，一阵轰鸣声响起。推力。升空。然后是寂静。我以为是我发射到了太空，直到飞机上的广播响起。“我们很快就会到达雷克雅未克，”它说。
最终，人类把我放下，然后开始问更多的问题。不是问我，而是关于我。他们很紧张。“这会奏效吗？”他们问道。然后他们就离开了！
过了似乎几个小时，他们回来了，向我的样本夹里注入浑浊的水来测试我。我得知他们去了一个叫蓝湖的地方。他们说那很恶心。你可以看到所有洗浴者的皮肤细胞。底部还有垃圾。所以当然那里有微生物在进食。
我很快就向他们展示了一个全息图。他们听起来松了一口气，然后我们继续前往格陵兰气候研究中心进行一些真正的工作。外面很冷，人们穿上了橙黑色的厚羽绒服。他们的胳膊像腿一样粗。在一个他们称之为“游泳池”的地方，但他们从没在那里游过泳，他们用一个看起来像弹簧跳杆的钻头钻进了大约 6 英寸的冰层。“不够，不够，”他们不停地说，因为他们从钻头的嘴里拔出冰柱，检查冰的深度。
最后，显然，够了。他们把我放进了一个他们挖的浅洞里，让我的温度与环境保持一致，然后给我喂了一个样本。再次，一如既往，我给他们做了一个电影。后来我得知这又是另一次测试，而不是我们来这里的真正目的。
最后，我们去了马琳湾。在一片白色的平坦景观中，周围是白色的尖山，穿着橙色衣服的人形生物找到一个合适的地方，吸出了一根冰柱，把我放进洞里，然后用注射器给我喂了一个样本。一分钟后，他们都惊呼道：“哦！”他们看到了什么——藻类、硅藻、海洋细菌——在游动。我可以整天这样做，而且我确实这样做了，一次又一次地向他们展示了那里一直存在的东西，等着我们去发现。纳多在她的电脑前，调出了一篇前一天的《太空新闻》文章，这篇报道可能会让沙穆未来的行程蒙上阴影：“欧罗巴着陆器概念被重新设计以降低成本和复杂性，”标题写道。文中描述了喷气推进实验室的凯文·汉德，他是太阳系探索部门的副首席科学家，于 3 月 28 日在国家科学院的一次演讲。根据汉德的说法，着陆器不需要直接寻找冰月上的实际生命。“这是一个非常高的门槛，”汉德说。“这个门槛有把期望设得太高的风险，也许吧。”这种态度有历史背景。自 1976 年 NASA 将 Viking 任务送往火星以来，NASA 一直不愿明确寻找生命。那些着陆器携带了几个寻找生物特征的实验。有两个结果是阴性的，但一项研究显示了微生物可能在那里代谢的证据。问题是，一种有希望的化学特征可能来自，比如，地质而不是生物学。最终，科学界达成的共识是“不是外星人”。从那时起，该机构就避免了生命探测。“NASA 一直对增加一个寻找生命的探测任务有些犹豫，”天体生物学家艾莉森·默里说。她共同主持了欧罗巴着陆器的科学定义团队，并且一直密切参与任务规划过程。这部分是为了保全面子。但部分原因也是因为这项任务很困难。“没有一样东西可以让你看一眼就说，‘啊哈，生命’，”着陆器项目科学家柯特·尼伯说。除非，他继续说，一条鱼游过相机。
尼伯不认为看到小型生物游动就足够了。“只是看看”和看到游动的微粒是不够的。相反，需要多条证据提供相同的生物学答案。
不过，纳多将有机会说服 NASA 证明沙穆的价值。五月下旬，该机构发布了一份正式的欧罗巴任务仪器提案征集。纳多已经准备好提交她的提案数月。
该机构做出最终决定还需要一段时间。有时，像这样的重大任务似乎只存在于永恒的未来，就像科幻小说一样。2013 年有一部电影叫《欧罗巴报告》，片中人类前往木卫二，发现了单细胞生物和一种从冰层下发出的奇怪光芒。原来是一个大型捕食者。纳多看过这部电影，她认为它触及了现实。“每个人都在说，‘我们要寻找这些分子级别的生物标记’，”她说。“在他们心里，他们真的希望能看到一条海怪。”
在我进入太空五年后，才发生了一些激动人心的事情。当 NASA 发送宇航员时，他们会给他们电影、书籍、游戏和音乐。当 NASA 发送显微镜和光谱仪到太空时，我们什么也没有。
所以，就像一个孤独的囚犯，我想象着当我出来时会做什么。吸取样本。用激光照射它们。用我的软件寻找任何游动的生物。将数据传输近 4 亿英里到地球。这样进行 20 天。然后在另一个星球上独自死去。
在我的旅程接近尾声时，我很久没有看到任何东西了——无论大小。但我能感觉到周围所有质量的拉扯。
当我感觉到多年来一直不变的、单向的艰难跋涉后的第一次变化时，我知道是木星的卫星木卫三，它减缓了我的速度，这样我相对于欧罗巴就不会太快。
在接下来的大约 18 个月里，另一颗卫星卡利斯托和木卫三拉扯着着陆器，把我螺旋式地引向欧罗巴。我越来越近，越来越慢，直到欧罗巴最终把我带入自己的轨道。
漫长的旅程即将结束。我滑行到表面，一个推进器向后喷射以减缓着陆器的速度。它的摄像头看着冰面，激光发射，寻找一个平坦的地方。然后着陆器面向正下方，一个天空起重机将我降低 60 英尺，朝向冰冷的表壳。
表面看起来像一个巨大的琼脂培养皿，充满了在全局的金黄色葡萄球菌条纹中繁殖的细菌。然而，这是一种错觉。沟槽实际上是冰冻釉质中的裂缝，水可能会从中涌出。也许下面游着一只海怪。或者可能是单细胞。或者只有无生命的分子。无论如何，我都要弄清楚。所以晚安，祝你好运：我现在有工作要做了。
本文最初发表于《大众科学》2018年秋季“微型”特刊。
