中新網(wǎng)北京11月24日電 (記者 孫自法)嫦娥六號采自月球背面的月壤樣品，相對嫦娥五號正面月壤有些黏，月壤為什么會出現(xiàn)這樣不同的物理特性？這個問題在學(xué)界和社會上都頗受關(guān)注。
來自中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的最新消息說，基于嫦娥六號月壤樣品，該所祁生文研究員團(tuán)隊經(jīng)過一年多深入研究，系統(tǒng)揭示出月球背面月壤表現(xiàn)出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月壤為什么有些黏的科學(xué)謎題。
祁生文研究員在實驗室對嫦娥六號月壤進(jìn)行實驗研究。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 供圖這項嫦娥六號月壤研究重要進(jìn)展的成果論文，11月24日以“在嫦娥六號著陸點(diǎn)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)黏聚月球土壤”為題，在國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《自然-天文》上線發(fā)表。
證實月球背面土壤有些黏
論文第一作者和共同通訊作者祁生文研究員介紹說，研究團(tuán)隊通過固定漏斗實驗和滾筒實驗，精確測量了反映顆粒材料流動性的關(guān)鍵指標(biāo)——嫦娥六號月壤的休止角。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，從而證實月球背面土壤有些黏。
研究團(tuán)隊進(jìn)一步開展精細(xì)成分分析，確認(rèn)月壤休止角增大主要受摩擦力、范德華力和靜電力三種粒間力的協(xié)同控制。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)。
本次研究對嫦娥六號月壤樣品進(jìn)行滾筒實驗。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 供圖本次研究發(fā)現(xiàn)，可以通過測定D60值(小于某一粒徑的顆粒重量占到總重量60%時的顆粒粒徑值)來判斷顆粒尺寸對休止角的影響。對比不同D60值的非黏土礦物顆粒(如石英、輝石、鈣鐵輝石、拉長石)的休止角變化，研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)一個關(guān)鍵“粒徑閾值”：當(dāng)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。
助力月球科研與資源利用
基于這些研究成果，研究團(tuán)隊對嫦娥六號返回樣品進(jìn)行1微米的高空間分辨計算機(jī)斷層掃描(CT)，通過對超過29萬個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(xì)，形態(tài)更復(fù)雜，整體球度顯著偏低。
祁生文指出，通常顆粒越細(xì)，形狀越接近球形，嫦娥六號月壤雖細(xì)，形態(tài)卻更復(fù)雜，這一現(xiàn)象頗為反常。本項研究表明，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(qiáng)太空風(fēng)化作用有關(guān)。嫦娥六號月壤又細(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，因此造就其更高黏性特征。
本次研究的嫦娥六號月壤樣品。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 供圖研究團(tuán)隊表示，這項研究首次從顆粒力學(xué)角度，系統(tǒng)闡釋月壤的獨(dú)特黏聚行為，揭開嫦娥六號月壤的黏性之謎，可為未來月球探測任務(wù)提供重要科學(xué)依據(jù)。隨著中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(shè)、月面資源開發(fā)利用等提供關(guān)鍵理論基礎(chǔ)，助力中國在月球科學(xué)研究和資源利用領(lǐng)域取得新的突破。
據(jù)悉，在國務(wù)院新聞辦公室一年多前舉行的嫦娥六號任務(wù)新聞發(fā)布會上，嫦娥六號任務(wù)總設(shè)計師胡浩曾提及，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(diǎn)，還有點(diǎn)結(jié)塊”。這次發(fā)表的研究成果，終于找到這一特殊現(xiàn)象背后的科學(xué)答案。(完)