激光诱导击穿光谱仪器(LIBS)在火星土壤分析中的应用_激光诱导击穿光谱

其他范文 时间:2020-02-28 08:07:29 收藏本文下载本文
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激光诱导击穿光谱仪器(LIBS)在火星土壤分析中的应用

2012年8月6日,火星科学实验室太空探测器如期将“好奇”号探测车成功发送至火星表面,万事俱备,该探测车即将开始它的使命。“好奇”号的主要任务是使用光电技术分析火星土壤和岩石的成分,这一切都要通过车载的仪器来完成。车载光学仪器能够检测探测车周围方圆7米区域内样本的物理特性。

进行光电检测操作的重要仪器是 ChemCam,这是一个激光识别系统,是装载于“好奇”号上的第一批仪器之一,主要用于供电和进行远程传感。海洋光学为ChemCam提供了三套定制的HR2000光谱仪,这些光谱仪经过配置用于为ChemCam分析火星岩石和土壤成分。专家预测ChemCam将于2012年8月10日左右开始进行校准,并于8月17日和18日进行火星表面的首批分析。

"ChemCam的主要任务是寻找轻质的化学元素,例如碳、氮和氧,这些元素都是维持生命所必需的”。ChemCam团队的首席研究员Roger Wiens说,“该系统可以对火星表面冰冻水以及其他资源进行快捷、精准的探测,例如对碳元素的检测”。所以ChemCam就成为“好奇”号完成使命的一个重要组件。”

ChemCam的应用以激光诱导击穿光谱仪器(LIBS)为基础。该仪器的性能已经在极端地球环境中被证实,例如其在核反应堆内部和海底的应用,此次是其第一次用于行星科研。

“好奇”号上搭载的LIBS系统配有14mJ的纳秒脉冲激光器(单次脉冲时间为5ns),聚焦在0.3-0.6mm的检测区域,脉冲速度为3次/秒,所以它的功率可达10 MW/mm2,这些能量足以融化火星土壤和岩石中的元素,使它们的原子变为激发态,此时记录下激发态原子产生的等离子体光谱,通过对这些光谱数据的分析就可以得出火星岩石化学成分的信息。

由于为了达到检测范围内的探测准确,同一个区域预计要进行50-75次独立的脉冲,从而在设计LIBS系统时,对于同一地点激光的重复性要求非常高,这样可以有效除去采样地点表层覆盖的灰尘和风化层。ChemCam的设计适用于在整个任务执行过程捕捉到1400次观测结果。

ChemCam将应用于“好奇”号到达的每一个地点,但是将在探测车着陆的盖尔陨坑展开工作。“这是一个值得令人惊讶的消息,因为盖尔陨坑的山脉出现在完全是沉积材料构成的轨道上,这是一个比美国大峡谷的深度几乎还要高三倍的沉积层组合地貌。” 美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)的博士后研究员Nina Lanza说。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室提供ChemCam光谱仪和数据处理器,并指导整个探索过程。法国空间研究中心(CNES)和法国图卢兹天体物理学实验室(CESR)一起提供ChemCam激光和望远镜,其中激光由法国泰雷兹集团(Thales)制造。.

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