深空探測的一項重要研究內容是理解行星、太陽系乃至宇宙的起源與演化，這是預測地球未來的演化方向、人類宜居環境可持續發展的關鍵。在這一研究中，時間是核心科學問題。因此，對行星表面物質的年齡測定是第一步，可以說，深空探測的一項重大科學任務就是對行星表面進行年齡測定。
“衝擊坑產率定年法”是目前行星表面年齡研究的主要方法，但該方法精度低，誤差大，且不能區分同一區域不同巖性的年齡。2012年，美國“好奇號”火星探測器首次將K-Ar同位素定年法應用到了火星表面物質的定年中，開啟了行星表面同位素原地定年的新時代。但“好奇號”並沒有攜帶一個所謂的“定年儀”，其K和Ar含量分別由通用的地球化學子系統進行分析，最後計算年齡。就可靠的年齡測定而言，其方法存在下面幾個問題：第一，單次測定，無法使用等時線技術而使得年齡可靠性無法判定；第二，對全巖樣品加熱萃取氣體，忽略了樣品不均勻性問題；第三，熱解爐溫度有限，導致氣體萃取不完全，造成年齡偏低；最後，由於無法扣除“初始Ar”，不得不假定樣品中所有的Ar全部為礦物形成後累積的放射性成因Ar，因此該年齡的地質意義非常不明確。
針對上述問題，中國科學院地質與地球物理研究所岩石圈演化重點實驗室王非研究員等和中國科學院國際空間科學中心李寶權研究員合作，基於國際深空探測計劃中行星表面原地定年的成功經驗與暴露的問題，提出了一種新的行星表面原地定年方法，並據此設計研發了適用於深空探測特殊條件的定年方案（圖1）, 為我國即將開展的地外行星探測、月球科學基地等深空探測任務提供了技術支撐。
圖1 深空探測K-Ar遠端定年技術方案示意圖。LIBS系統包括鐳射器、光譜儀、3D輪廓測量成像儀和樣品室，QMS系統包括小型氣體純化系統和四極質譜儀
該方案採用鐳射誘導擊穿等離子光譜和四極質譜組合技術系統(LIBS-QMS)，以王非研究團隊提出的新方法“鐳射無稀釋劑K-Ar法”和發明專利“一種適用於深空探測的鐳射樣品室”為方法技術依託，採用靈敏度特徵曲線法同時測定K含量和Ar同位素成組成，最終獲取可靠的K-Ar年齡。該方案還描述了地外行星物質中廣泛存在的碳氫化合物和氯化氫對Ar同位素測定的影響及校正方法。
該方案充分發揮了激光采樣的高溫、高效特性，對同一樣品進行多次微區分析，從而可以利用反等時線法獲取“絕對”年齡，克服“好奇號”的技術方法所存在的一系列問題，目前地面驗證系統正在研發中。
研究成果發表於國內學術期刊《礦物岩石地球化學通報》（王非，楊列坤，李寶權，師文貝，王銀之. 深空探測行星表面K-Ar定年: 技術與方法[J]. 礦物岩石地球化學通報，2021, 40(6):1304-1312. DOI: 10.19658/j.issn.1007-2802.2021.40.091）。
美編：陳菲菲
校對：姜雪蛟
