中國日報11月24日電（記者 李夢涵）記者24日從中國科學院地質與地球物理研究所獲悉，基于嫦娥六號月壤樣品，該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"為什么這么粘"的科學謎題。相關研究成果已在線發(fā)表于國際學術期刊《自然·天文》。

2024年6月27日，嫦娥六號任務總設計師胡浩在國新辦嫦娥六號任務新聞發(fā)布會上答記者問時提到，月球背面采樣過程中，發(fā)現(xiàn)嫦娥六號著陸區(qū)月壤"似乎稍微粘稠一點，還有點結塊"，顯示出與月球正面的嫦娥五號月壤不同的物理特性。這一現(xiàn)象立即引起了中國科學院地質與地球物理研究所嫦娥六號研究團隊的高度關注。經(jīng)過一年多的深入研究，祁生文研究員終于找到了這一特殊現(xiàn)象背后的科學答案。

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鍵指標。實驗結果顯示，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"似乎稍微粘稠一點"。

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，范德華力與靜電力的作用則隨顆粒尺寸減小而顯著增強。研究團隊發(fā)現(xiàn)可以通過測定D60值來判斷顆粒尺寸對休止角的影響（D60是小于某一粒徑的顆粒重量占到總重量60% 時的顆粒粒徑值）。對比不同D60值的非黏土礦物顆粒(石英、輝石、鈣鐵輝石、拉長石)的休止角變化，團隊發(fā)現(xiàn)了一個關鍵"粒徑閾值"：當D60值低于約100 微米時，范德華力與靜電力對休止角的作用開始凸顯，使得非黏性礦物顆粒表現(xiàn)出明顯的黏性特征。

基于這些理論，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D60值最小，僅為48.4微米，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。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的突破。