中国“天问一号”任务的祝融号火星车搭载的火星表面成分探测仪（MarsCoDe）采用了激光诱导击穿光谱（LIBS）技术，对火星车的巡视区域开展就位探测，获得岩石、土壤、矿物等元素组成及含量信息。LIBS能够探测主量、微量、痕量元素，特别是可对元素周期表中Na元素之前的轻元素（例如H等）进行测量。H元素是行星宜居性的关键指标（Schroder et al., 2015）。火成岩的含水量对岩浆活动类型和地球物理演化有着重要的制约性（Mysen et al.,1998）。含水矿物是地质记录中古气候的关键标志；矿物结构水可作为其形成环境和可能经历的成岩过程的示踪剂。
已有的遥感探测结果表明，火星地表中低纬度区域含有2-10 wt.%水当量的H（Maurice et al., 2011）。在好奇号火星车着陆的盖尔撞击坑，地表土壤含有~2.25 wt.%水（Meslin et al., 2013）。好奇号利用基于LIBS的科学载荷ChemCam（化学相机）将其勘探沿途土壤分为两类：代表火星平均土壤组分的细粒镁铁质土壤颗粒和当地形成的粗粒长英质土壤颗粒（Meslin et al., 2013）。为进一步通过ChemCam制约火星表面物质H含量，Rapin等人（2017）利用实验室模拟样品对一系列不同类型的含水物质（玄武岩、硫酸钙、硫酸镁、蛋白石和磷灰石等）进行了H含量的LIBS分析。Thomas等人（2018）进一步扩展了含水物质的样品库并开展了建模分析工作。Thomas等人（2020）使用ChemCam测量了盖尔撞击坑沉积岩中穆瑞组（Murray Formation）基岩目标的H含量，发现一些层位内有高含H组分（6-18 wt.% H2O），推测其可能形式为粘土、硫酸钙盐、富锰物质、四方纤铁矿和其它铁氢氧化物。
为有效地实现祝融号火星车的科学目标，本研究致力于分析火星表面土壤粒径与化学基体效应对祝融号LIBS光谱中H定量反演的影响，并建立LIBS对H准确定量的反演模型。我们使用制备的JMSS-1火星模拟壤为基质（代表火星平均土壤成分），基于着陆点区域平均土壤粒径约200 μm的特点，筛分不同土壤粒径范围（<50 μm、50-100 μm、100-150 μm、150-300 μm、300-500 μm、>500 μm），并加入不同种类的含水物质（蛋白石、硫酸钙、硫酸镁、蒙脱石、高岭石、水铁矿等），制备具有H含量梯度的样本库（H2O含量从<1 wt.%至约10 wt.%）。LIBS光谱反演模型建模采用上海交通大学搭建的台式LIBS仪器（Nd:YAG激光器，1064 nm，脉冲能量10 mJ），在类火星环境舱CO2气氛下进行实验；通过有效光谱特征，包括Hα线，进行定量模型训练。建模研究所用的样本库和其它检验样品还将使用祝融号MarsCoDe鉴定件在火星模拟环境舱中进行测试，确保实验室建立的H定量模型向火星就位检测实验场景精准迁移。所研究、开发的光谱数据处理方法基于机器学习的一整套算法，去完成光谱预处理（去背景，归一化等），光谱有效特征选取，以及反向传输神经网络（BPNN）回归等光谱反演流程。实验进展和相关结果将在会议上进行介绍。
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