NASA 的“毅力号”火星车车身装备了十多个摄像头（并且首次配备了麦克风），但火星探测器的核心部位是一个传感器模块，工程师们亲切地称之为“炮塔”。“毅力号”利用一根强大的七英尺长的机械臂，可以伸展和旋转近 100 磅的仪器集线器，将其敏锐的“眼睛”置于离感兴趣的岩石仅几英寸的距离。在那里，它可以探测到直径仅几十微米的粗糙特征，小到人眼无法分辨。
炮塔上的主要科学仪器，PIXL 和SHERLOC，NASA 喷气推进实验室 (JPL) 的 SHERLOC 项目首席研究员 Luther Beegle 表示，它们共同作用，如同分析岩石的阴阳，以独特但互补的方式收集数据。这些传感器将共同寻找 NASA 在经过数十年构思后确定的最普遍的“生物标记”，即生命的迹象。
Beegle 说：“如果杰泽罗撞击坑（“毅力号”着陆点）中有潜在的生物标记，我们将能找到它们。”“我们将把它们带回地球。”
从最高层面来说，PIXL 和 SHERLOC 的工作方式相似。它们用与人类头发丝一样细的能量光束来扫描岩石表面，并利用反射回来的光线生成一种岩石图像。PIXL 利用 X 射线来探测简单的原子元素，如铁或镍，而 SHERLOC 则使用紫外激光来绘制岩石更复杂的组成部分，即其矿物质和有机分子。
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SHERLOC 的激光通过两种方式与岩石的微粒相互作用。在一种称为荧光的现象中，在紫外线照射下，一些分子会吸收特定频率的光，然后以不同频率的光发射回来。两者之间的差异告诉研究人员他们正在查看的分子类型。
该仪器还可以识别特定的化学键，例如连接着氧原子的碳原子，这利用了所谓的拉曼光谱。一些分子比其他分子更容易振动或伸展。当 SHERLOC 将其紫外激光照射到岩石上时，少数光粒子（每十亿个中只有一个）会撞击一个正在颤动的分子，损失一些能量，然后弹回到 SHERLOC。根据损失能量的具体数量，研究人员可以区分各种分子。
通过这两种技术，SHERLOC 将能够找出特定的有机分子——即富含碳的分子。地质和化学过程可以形成这些化合物，但它们也是构建蛋白质、 DNA 和细胞的关键。Beegle 说：“基本上，生命就是装碳的小袋子。”
SHERLOC 的拉曼光谱功能（这是火星上任何仪器首次具备的功能），还可以识别矿物质和化学键，这些将有助于阐明特别有趣的岩石的背景故事。例如，一堆含有氢的矿物质将暗示这些分子是在有水 (H2O) 的情况下形成的，这使得该样本更有可能包含过去生命的迹象——这与在灼热的火山中形成的岩石不同，后者含有的氢要少得多。
当前版本的 SHERLOC 的设计和制造始于 2012 年，但 Beegle 将该仪器的起源追溯到 1996 年的一项发现，这项发现震动了刚刚起步的太空生物学领域。在仔细研究一块发现于南极洲的火星陨石时，研究人员发现了看起来像化石化的微生物。后来出现了对这些奇怪形状的非生物学解释，但最初区分生命和非生命的困难成为了一个警钟。
Beegle 说：“这是该领域第一次说‘我们不知道自己是否真的知道如何做到这一点’。”
内部，JPL 征集了能够应对该组织称之为“宏伟挑战”的仪器提案，即在另一个星球上寻找生命。SHERLOC 是该竞赛的获奖设计之一。
JPL 的太空生物学家得出结论，关键在于聚焦——而不是聚焦于陆地物种普遍存在的特定形状或化学反应——而是聚焦于所有已知生物共有的一个普遍特征：聚集的倾向。
塑造行星的非生物力量——例如深海热泉、火山、陨石撞击、宇宙射线、风和侵蚀——会分解事物并将它们分散开。但生命会集中资源——在多个层面上。例如，你体内的富碳氨基酸密度比体外更高。而且，纽约市居住的人数远多于南极洲。研究人员在地球上无论走到哪里，都能发现生物聚集在资源附近，抵抗着会将它们分散的力量。
Beegle 说：“生命会聚集在可以进食和生存的地方，而我们认为火星上也会如此。”
没有人知道火星上古代生物可能长什么样子，或者它们可能是什么行为，如果它们真的存在的话。但 JPL 的研究人员怀疑，那些否则难以解释的矿物质、有机分子和元素模式将是进一步研究的有希望的样本。
如果“毅力号”发现了生命的迹象，解读它们将需要仪器和研究人员共同努力。
Mastcam-Z 将捕捉全景图，帮助研究人员进行定位，以便他们能够确定他们看到的是干涸的河床、废弃的火山喷口，还是干涸的河流三角洲的岩石。
然后，炮塔将引入 SHERLOC 和 PIXL，进行岩石元素、矿物质和有机分子的近距离成像。炮塔的双仪器可以辨别小至 30 至 40 微米的特征。这足以识别生物体组装的分子团，但不足以看到实际微生物体的化石，它们的尺寸可能小至一个微米。
Beegle 说：“即使能看到，研究人员也不想浪费“毅力号”数天的时间，逐微米扫描一块岩石以寻找潜在的稀有化石。那是在一个满是草垛的星球上，在一个草垛里找针。”
这种分析水平将在 2030 年代初到来。当“毅力号”遇到 SHERLOC 和其他仪器认为特别有希望的岩石时，火星车可以将样本存放在一个试管中，供未来的任务取回。回到地球后，目光敏锐的研究人员将配备强大的显微镜，能够更确定地回答火星是否曾经孕育过生命。
对 Beegle 来说，无论他们发现什么，这些研究都值得等待。他说：“这是一个很棒的问题。它将帮助我们弄清楚我们在宇宙中的位置。“生命是普遍存在的，还是生命确实很罕见？”
