近日，山东大学行星科学团队利用激光诱导击穿光谱（LIBS）技术，在火星表面岩石与土壤的分类研究中取得新进展。研究以“Classification of martian rocks and soils at Tianwen-1 landing site based on laser-induced breakdown spectroscopy data of MarSCoDe”为题，发表于国际分析化学领域权威期刊《Talanta》（Cao et al., 2026, IF=6.1），并当选本期封面文章。行星科学课题组博士研究生曹陈宇和空间中心博士研究生黄家乐为论文共同第一作者，通讯作者为刘长卿副研究员。

图 1 MarSCoDe火面工作示意

激光诱导击穿光谱（LIBS）是确定火星物质化学成分的重要分析技术。祝融号火星车搭载的火星表面成分探测仪（MarSCoDe）采用LIBS光谱技术，获取天问一号着陆区岩石和土壤的化学成信息。然而，当前LIBS光谱定量反演大多依赖地面模拟火星环境下建立的光谱数据库与元素反演模型。由于实验室模拟环境与火星表面真实工况存在差异，且实验室LIBS样机与MarSCoDe载荷在光学参数等方面不完全一致，这些差异会引入系统偏差，降低LIBS光谱定量反演结果的准确性与可靠性。MarSCoDe搭载的在轨定标样品（MCCT），获取其LIBS光谱的载荷状态和环境条件，与火星岩石、土壤光谱的探测环境完全相同，能够有效降低环境波动带来的系统误差。

研究团队针对火星表面物质成分反演难题，提出了一种基于MCCT火星实测光谱数据和主成分分析（PCA）的火星岩石和土壤快速分类方法。这种策略有效消除了火星真实环境与地面模拟环境差异带来的影响，同时实现了对火星未知目标的快速识别。为了验证该算法的可靠性，研究团队首先将其应用于好奇号火星车（ChemCam）的数据集，结果表明该模型能够很好地将火星原位探测数据进行分类，证实了其在MarSCoDe数据上的适用性。

图 2 利用ChemCam在规定标样品验证方法可靠性

基于建立的PCA模型，研究团队对祝融号在乌托邦平原获取的原位数据进行了聚类分析。分析结果表明：（1）着陆区的蚀变程度较低，胶结硬壳、沙丘和土壤样本中层状硅酸盐（如蒙脱石等蚀变矿物）的形成仍不完全。（2）这一发现揭示了该区域仅经历了较弱的水岩相互作用，该过程可能是由火星大气水或地下水活动驱动的。

图 3 利用建立的PCA模型实现对祝融号着陆区岩石土壤目标的分类

本研究利用LIBS光谱建立了一套快速识别火星表面矿物类型的新方法。该方法不仅为MarSCoDe数据的解释提供了分析方法，也为理解天问一号着陆区的地质成因及水文演化历史提供了重要的科学线索。

近年来，山东大学空间科学攀登团队行星科学课题组围绕深空探测国家战略需求，在行星遥感与光谱学、行星地质学与行星化学、行星探测载荷技术等方面取得了一系列研究成果，已在Science Advances、Nature Astronomy、Nature Communications、JGR、Icarus等期刊发表SCI论文200余篇。团队先后承担了国家重大专项、基金委重点及面上等项目。以上研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、泰山学者项目特别基金等项目资助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0039914026003140