太空巖土—月壤、火星土壤等是覆蓋月球、火星表面的松散物質，包含塵埃、沙子和巖石，對理解月球和火星地質演化、載人探測、乃至星球移民至關重要。然而，直接獲取真實月壤、火星土壤等太空巖土樣本成本高昂且技術難度大，目前僅少數國家實現極少量月壤開采攜返地球，至于距離地球更加遙遠的火星土壤只能通過探測器進行有限的原位分析，尚未實現樣本返回任務，因此太空巖土模擬物成為可廣泛研究的載體。

低場核磁共振技術作為一種無損在線表征技術，適用于珍貴樣本，單次測試可獲取孔隙結構、水分狀態、飽和度等多維度數據，全面評估物性參數。已廣泛應用在能源巖土物性參數檢測方向，隨著人類不斷向太空進行探索，低場核磁技術面對太空巖土及模擬物，具體可以做些什么呢？

1、水分分布與遷移機制：區分太空巖土吸附水與結合水，可分析水分賦存狀態（如凍土未凍水含量）及遷移行為，輔助評估地外水資源可利用性。

2、材料水化過程與強度分析：實時原位監測火星土壤基、月壤基等太空巖土-復合水泥材料的水化過程，揭示水化程度與孔隙演化的關聯性，優化材料配方。

3、孔隙結構與孔隙率表征：低場核磁通過檢測氫質子弛豫時間差異，可量化火星土壤基材料和月壤基材料（如燒結磚、水泥基復合材料）的孔隙分布、孔徑大小及孔隙率變化，直接關聯材料的力學性能和耐久性。

此外除以上基于太空巖土復合材料的性物性檢測，低場核磁可支持更多開放性研究課題。未來太空月球火星等，實現人員長期駐留乃至星球移民由于運輸地球資源成本極高，需實現食物自給。利用月壤、火星土壤進行農業種植成為核心解決方案。火星土壤如何吸附/保留水分、水形態（自由水、結合水）如何分布、物理結構（疏水性）表征等課題需持續深入研究，從而有效指導火星土壤的改性方案，從而為植物生長提供理論依據。

現帶來一份基于低場核磁共振的火星土模擬物疏水性表征案例：

背景及樣品：

火星土壤具有特殊性：礦物組成以玄武巖為主，含橄欖石、輝石、磁鐵礦等鐵鎂礦物；高鹽堿化（含硫酸鹽、高氯酸鹽）、強疏水性、無有機質及微生物群落，無法直接支持植物生長。利用低場核磁探究火星土壤模擬物對植物生長的影響，以及指導火星土壤如何進行改性。目前全球已經人工合成幾十種火星土壤模擬物，選擇具有代表性的火星土壤模擬物-MGS-1，作為研究對象。

核磁共振測量：

兩份火星土壤模擬物-MGS-1，樣品1含水率5.5%，樣品2含水率4.5%，且含有一定量的鐵磁性物質，選用紐邁低場核磁小口徑線圈，使用FID序列對MGS-1進行檢測，記錄自由感應衰減信號：

圖中橫軸（X軸）為時間 （單位：毫秒），表示信號記錄的時間進程。縱軸（Y軸）為NMR信號強度，反映樣品中氫核（質子）的磁化強度變化。圖中FID信號為擬合曲線，強度隨時間推移呈現指數衰減趨勢，根據核磁信號顯示，僅檢測到緊密結合水，而未觀察到相對松散的結合水乃至自由水的信號。信號衰減速率較快（短弛豫時間），表明順磁性離子（如Fe2?）對信號有顯著影響，導致弛豫衰減加速。這與火星土壤富含鐵氧化物的特性一致。

關鍵發現：

1、FID信號分析證實MGS-1具有高度疏水性：

僅存在緊密結合水，且水分子流動性低，表明水分子與礦物表面的相互作用強，但水合位點稀少。水分存在的形態受限且結合緊密，其疏水性是阻礙植物生長的關鍵因素之一。

2、技術指導意義：

分析為理解火星土壤的水合機制提供了分子層面的依據，強調未來火星農業需改良土壤疏水性（如添加有機質或親水材料）。

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