非标准大气条件下激光诱导等离子体声学特性研究及其在地外探测任务中的应用价值

【编辑推荐】本文系统研究了大气压力、温度及成分（CO2/N2/Ar）对激光诱导等离子体声学信号（LIPAc）的影响，填补了该领域在非标准环境（如火星大气）下的研究空白。通过同步采集激光诱导击穿光谱（LIBS）与声学信号，揭示了声-光现象协同作用机制，为深空探测中的多模态传感技术提供了关键理论支撑。

　　

Highlight

激光诱导等离子体的声学特性（LIPAc）正成为光谱学家关注的新焦点，其与激光诱导击穿光谱（LIBS）的协同效应在火星探测任务中展现出惊人潜力。本文首次系统揭示了非标准大气环境下等离子体"爆破音"的演变规律，为未来星际科学仪器的声-光联用设计铺平道路。

Experimental set-up

实验在模拟地外环境的真空热室（TVC）中进行，该装置能精确调控气体成分（CO₂/N₂/Ar）、压力（0.1-1000 mbar）和温度（-50°C至+50°C）。采用高灵敏度麦克风阵列与光谱仪同步采集数据，确保声光信号的时空一致性。

Atmosphere composition influence on LIPACs

研究发现：

1. 1.

   CO₂氛围下声波振幅显著增强，这与火星大气模拟结果高度吻合

2. 2.

   Ar气中观察到独特的高频振荡（>40 kHz），可能源于等离子体膨胀速率差异

3. 3.

   声波主频与金属电离能存在量子关联，为元素识别提供新维度

Conclusions

突破性发现声学信号对大气参数的敏感性远超光学信号：在10 mbar低压下，声波特征仍保持94%辨识度，而LIBS信号已衰减60%。这为极端环境下的物质检测开辟了"听得见的"新途径。