新型火星泥岩模拟样品MUD-1研制成功，助力火星探测
火星泥岩形成于与水活动密切相关的沉积环境，不仅记录了火星古环境演化信息，也是保存潜在生命标志物的重要载体。近日，中国科学院地球化学研究所于雯高级工程师团队成功研制出一种新型火星泥岩模拟样品MUD-1。该样品以“好奇号”火星车在盖尔撞击坑探测的火星泥岩矿物组成数据为依据，通过多种天然矿物配比制备，在矿物组成、整体化学组成和颗粒特征等方面较好地模拟了典型火星泥岩，并实现了规模化制备，可为火星宜居性与生命探测、采样工程测试以及火星原位资源利用等研究提供实验材料支撑。相关成果以“Martian mudstone simulant MUD-1 as a new Mars analogue material”为题发表在国际期刊 Advances in Space Research。
研制思路：以15个火星泥岩的平均矿物组成为“配方”
研究团队以“好奇号”火星车在盖尔撞击坑探测的15个火星泥岩样品平均矿物组成作为MUD-1的研制依据。火星泥岩虽然在不同位置存在一定的矿物含量变化，但总体具有相似的矿物类型，因此采用平均矿物组成能够使模拟样品具有较好的代表性。团队选取长石、辉石、橄榄石、石英、磁铁矿、赤铁矿、针铁氯矾、氟磷灰石、硬石膏、半水石膏、石膏以及蒙脱石、高岭石、绿泥石等天然矿物作为原料，并采用黑曜岩模拟火星泥岩中的非晶质组分。通过粗碎、细磨、按比例混合等步骤制备MUD-1，在保证矿物组成可控的同时建立了适用于批量生产的制备方法，制备能力可达到百公斤以上。
关键结果：MUD-1高度还原典型火星泥岩矿物组成
矿物学分析表明，MUD-1主要由硅酸盐、铁氧化物、硫酸盐、层状硅酸盐和非晶质物质组成。其中，长石含量为25 wt%，辉石7 wt%，赤铁矿6 wt%，层状硅酸盐12 wt%，非晶质物质33 wt%；同时含有硬石膏、半水石膏和石膏等硫酸盐矿物。研究进一步将MUD-1与盖尔撞击坑火星泥岩进行对比。结果显示，MUD-1不仅覆盖了火星泥岩中探测到的大部分主要矿物类型，其矿物含量总体也处于实际火星泥岩的变化范围内，表明其能够在矿物学上较好代表典型火星泥岩。与此同时，MUD-1的整体化学组成也与火星泥岩具有较高相似性，其中SiO₂、Al₂O₃、FeO、MgO和CaO等主要组分的差异约在1–5 wt%范围内。
表1 MUD-1火星泥岩模拟样品的矿物含量及其与火星泥岩的对比
多维度检测：建立MUD-1系统物性参数数据库
除矿物组成和整体化学组成外，研究团队还对MUD-1进行了包括颗粒特征、反射光谱、密度、吸湿性和力学性质在内的系统表征，为其后续科学实验和工程应用建立了较完整的基础参数体系。颗粒分析显示，MUD-1以细颗粒为主，约50%的颗粒小于63 μm，超过20%的颗粒小于20 μm，体现出典型细粒沉积物特征。 其平均比重为2.53±0.07 g/cm³，平均堆积密度为1.55±0.03 g/cm³；在约95%相对湿度条件下，样品吸湿量最终稳定在约2.3 wt%。力学测试获得的内聚力和内摩擦角分别约为30.2 kPa和36.8°，为火星泥岩钻取、采样等工程实验提供了重要基础参数。反射光谱测试还显示，MUD-1在约900–1000 nm、1400 nm、1900 nm和2200 nm附近表现出与Fe²⁺、OH/H₂O及Al-OH等相关的特征吸收，为开展火星遥感光谱与地面模拟实验提供了参考。
表2 MUD-1模拟样品的整体化学组成及其与Y-Mars模拟样品、火星泥岩和火星平均土壤的对比
图3 MUD-1模拟样品的矿物组成、粒度分布、内聚力和内摩擦角的莫尔应力圆、反射光谱特征。
应用前景：从生命探测到火星采样与原位资源利用
研究表明，MUD-1具有较好的火星泥岩代表性和规模化制备能力，可用于多种火星科学与工程研究。其主要应用包括：开展火星宜居性和生命标志物保存与探测等科学模拟实验；开展泥岩钻取、采样及装置性能验证；支撑陶瓷、建筑材料等火星原位资源利用研究；作为模拟基质开展空间农业实验。相较传统火星土壤模拟样品，MUD-1具有次生矿物含量较高、颗粒细等特点，矿物和化学组成与盖尔撞击坑泥岩平均特征较为一致，可为火星沉积过程与生命探测研究，以及我国未来火星采样返回任务的科学实验、采样技术验证和资源利用提供材料支撑。
论文信息： Wen Yu, Xiaojia Zeng, Xiongyao Li, Martian mudstone simulant MUD-1 as a new Mars analogue material, Advances in Space Research, 77 (2026), 10630–10639.
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