記者今天（24日）從中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所獲悉，基于嫦娥六號(hào)月壤樣品，該研究所祁生文研究員團(tuán)隊(duì)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(jī)制，從顆粒力學(xué)層面完整闡釋了嫦娥六號(hào)月壤“為什么這么黏”的科學(xué)謎題。相關(guān)研究成果今天在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·天文》發(fā)表。

2024年6月27日，嫦娥六號(hào)任務(wù)總設(shè)計(jì)師胡浩在嫦娥六號(hào)任務(wù)新聞發(fā)布會(huì)上提到，月球背面采樣過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)嫦娥六號(hào)著陸區(qū)月壤“似乎稍微黏稠一點(diǎn)，還有點(diǎn)結(jié)塊”，顯示出與月球正面的嫦娥五號(hào)月壤不同的物理特性。針對(duì)月球背面月壤這一特性，祁生文研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一年多的深入研究。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)固定漏斗實(shí)驗(yàn)和滾筒實(shí)驗(yàn)，精確測(cè)量了嫦娥六號(hào)月壤的休止角——這個(gè)反映顆粒材料流動(dòng)性的關(guān)鍵指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，嫦娥六號(hào)月壤的休止角顯著大于月球正面樣品，其流動(dòng)特性更接近于地球上的黏性土體，證實(shí)了胡浩總設(shè)計(jì)師的發(fā)現(xiàn)：背面“似乎稍微黏稠一點(diǎn)”。

精細(xì)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(tuán)隊(duì)確認(rèn)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(qiáng)。

在此基礎(chǔ)上，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥六號(hào)返回樣品進(jìn)行了1微米的高空間分辨CT掃描，通過(guò)對(duì)超過(guò)29萬(wàn)個(gè)月壤顆粒的尺寸與形態(tài)進(jìn)行精確厘定，并同月球正面嫦娥五號(hào)和阿波羅月壤對(duì)比，發(fā)現(xiàn)嫦娥六號(hào)月壤顆粒更細(xì)，形態(tài)更復(fù)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(xì)，形狀越接近球形，而嫦娥六號(hào)月壤雖細(xì)，形態(tài)卻更復(fù)雜。研究人員認(rèn)為，這可能與樣品中富含易破碎的長(zhǎng)石礦物（約占32.6%），以及月球背面經(jīng)歷更強(qiáng)太空風(fēng)化作用有關(guān)。嫦娥六號(hào)月壤又細(xì)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(xiàn)，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(xué)角度，系統(tǒng)闡釋了月壤的獨(dú)特黏聚行為，揭開(kāi)了嫦娥六號(hào)月壤的“黏性”之謎，為未來(lái)月球探測(cè)任務(wù)提供了重要科學(xué)依據(jù)。隨著我國(guó)深空探測(cè)步伐的不斷加快，這些研究成果將為月球基地建設(shè)、月面資源開(kāi)發(fā)利用等提供關(guān)鍵理論基礎(chǔ)，助力我國(guó)在月球科學(xué)研究和資源利用領(lǐng)域取得新的突破。