嫦娥六號月壤為啥這麼"黏"?科學家找到答案

2025-11-25 | 來源: 中國科學報 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

中國科學院地質與地球物理研究所（以下簡稱地質地球所）研究員祁生文團隊基於嫦娥六號月壤樣品，系統揭示了月球背面月壤表現出強黏性特征的物理機制，從顆粒力學層面完整解開了嫦娥六號月壤“為什麼這麼黏”的科學謎題。相關研究成果11月24日在線發表於《自然-天文》。

祁生文對嫦娥六號月壤樣品開展固定漏斗實驗。

嫦娥六號任務總設計師胡浩曾提到，月球背面采樣過程中，發現嫦娥六號著陸區月壤“似乎稍微黏稠一點，還有點結塊”，這與月球正面的嫦娥五號月壤存在不同的物理特性。 “嫦娥五號與六號樣品的力學性質差別很大。打開儲存瓶，前者會飛走；而後者黏性較大，不會飛走。這說明它們在物理性質上存在不同。”此前，中國科學院院士、地質地球所研究員吳福元在接受《中國科學報》采訪時說。

其背後原因究竟是什麼？經過一年多的深入研究，祁生文團隊終於找到了答案。他們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——反映顆粒材料流動性的關鍵指標。實驗結果顯示，其休止角顯著大於月球正面樣品，流動特性更接近於地球上的黏性土體。

那麼，這種“黏性”從何而來？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，因此排除了磁力和膠結作用的影響。研究團隊進一步發現，其休止角增大主要在於3種微觀粒間力的協同作用：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，范德華力與靜電力的作用則隨顆粒尺寸減小而顯著增強。

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滾筒實驗正面視圖。地質地球所供圖

研究團隊還發現了一個關鍵的“粒徑閾值”——當顆粒的D60值，即小於某一粒徑的顆粒重量占總重量60%時的顆粒粒徑值，低於約100微米時，范德華力與靜電力對休止角的作用開始凸顯，使得石英、輝石、鈣鐵輝石、拉長石等非黏性礦物顆粒表現出明顯的黏性特征。

基於這些理論，研究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進行精確厘定，並同月球正面的嫦娥五號和阿波羅月壤對比，發現嫦娥六號月壤D60值最小，僅為48.4微米，顆粒更細，形態更復雜，整體球度顯著偏低。“通常顆粒越細，形狀越接近球形；而嫦娥六號月壤雖細，形態卻更復雜。”祁生文說。

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%），以及月球背面經歷更強太空風化作用有關。正是這種“又細又粗糙”的獨特顆粒特性，提升了摩擦力、范德華力與靜電力的貢獻，產生了更高的休止角，最終造就了月背月壤的高黏性。

該研究首次從顆粒力學角度，系統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。研究人員表示，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、月面資源開發利用奠定關鍵理論基礎，助力我國在月球科學研究和資源利用領域取得新突破。