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記者今天（24日）從中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所獲悉，基于嫦娥六號月壤樣品，該研究所祁生文研究員團隊系統(tǒng)揭示了月球背面月壤表現(xiàn)出的較高黏性特征的物理機制，從顆粒力學層面完整闡釋了嫦娥六號月壤“為什么這么黏”的科學謎題。相關(guān)研究成果今天在國際學術(shù)期刊《自然·天文》發(fā)表。
2024年6月27日，嫦娥六號任務總設計師胡浩在嫦娥六號任務新聞發(fā)布會上提到，月球背面采樣過程中，發(fā)現(xiàn)嫦娥六號著陸區(qū)月壤“似乎稍微黏稠一點，還有點結(jié)塊”，顯示出與月球正面的嫦娥五號月壤不同的物理特性。針對月球背面月壤這一特性，祁生文研究員團隊開展了一年多的深入研究。
研究團隊通過固定漏斗實驗和滾筒實驗，精確測量了嫦娥六號月壤的休止角——這個反映顆粒材料流動性的關(guān)鍵指標。實驗結(jié)果顯示，嫦娥六號月壤的休止角顯著大于月球正面樣品，其流動特性更接近于地球上的黏性土體，證實了胡浩總設計師的發(fā)現(xiàn)：背面“似乎稍微黏稠一點”。
精細成分分析表明，月壤中含有極少量磁性礦物且不含任何黏土礦物，即排除磁力和膠結(jié)作用的影響后，研究團隊確認其休止角增大主要受三種粒間力的協(xié)同控制：摩擦力、范德華力和靜電力。其中，摩擦力的作用與顆粒表面粗糙度正相關(guān)，范德華力與靜電力的作用則隨顆粒尺寸減小而顯著增強。
在此基礎(chǔ)上，科研團隊對嫦娥六號返回樣品進行了1微米的高空間分辨CT掃描，通過對超過29萬個月壤顆粒的尺寸與形態(tài)進行精確厘定，并同月球正面嫦娥五號和阿波羅月壤對比，發(fā)現(xiàn)嫦娥六號月壤顆粒更細，形態(tài)更復雜，整體球度顯著偏低。
祁生文研究員指出，這一現(xiàn)象頗為反常，通常顆粒越細，形狀越接近球形，而嫦娥六號月壤雖細，形態(tài)卻更復雜。研究人員認為，這可能與樣品中富含易破碎的長石礦物（約占32.6%），以及月球背面經(jīng)歷更強太空風化作用有關(guān)。嫦娥六號月壤又細又粗糙的顆粒特性，提升了摩擦力、范德華力與靜電力的貢獻，產(chǎn)生更高的休止角，造就了其更高黏性特征。
該研究首次從顆粒力學角度，系統(tǒng)闡釋了月壤的獨特黏聚行為，揭開了嫦娥六號月壤的“黏性”之謎，為未來月球探測任務提供了重要科學依據(jù)。隨著我國深空探測步伐的不斷加快，這些研究成果將為月球基地建設、月面資源開發(fā)利用等提供關(guān)鍵理論基礎(chǔ)，助力我國在月球科學研究和資源利用領(lǐng)域取得新的突破。
