嫦娥六号的月球土壤为什么是粘稠的？

中国科学院地质与地球物理研究所记者24日获悉，该所研究团队齐胜文以嫦娥六号月壤样本为基础，系统揭示了月球背面月壤粘度较高的物理机制，并从粒子力学的角度全面解释了“嫦娥六号为何如此”的科学谜团。相关研究成果已在线发表在国际期刊《自然天文学》上。 2024年12月27日，嫦娥六号任务总设计师胡浩在国务院新闻办公室嫦娥六号任务新闻发布会上回答记者提问时，发现嫦娥六号着陆点的月壤“呈小块状”，呈现出嫦娥五号月球正面的各种物理特征。受到中国科学院地质与地球物理研究所嫦娥六号研究组的高度重视。经过一年多的深入研究，齐胜文研究员终于找到了这一特殊现象背后的科学答案。通过固定漏斗实验和滚筒实验，研究团队精确测量了嫦娥-6号月面地面的排斥角——反映颗粒材料流动性的关键指标。实验结果表明，嫦娥六号月壤的休止角明显大于月球正面样品，其流动特性更接近地球上的粘性土壤，这印证了总设计师胡浩的发现：背面“看起来有点粘”。精细成分分析表明，月壤含有极少量的磁性矿物，不含任何粘土矿物。即排除磁力和水泥的影响后研究团队证实，其休止角的增加主要受三种晶间力的配合控制：摩擦力、范德华力和静电力。其中，摩擦力的作用与颗粒表面粗糙度呈正相关，范德华力和静电力的作用随着颗粒尺寸的减小而显着增强。研究小组发现，颗粒尺寸对休止角的影响可以通过测量D60值来确定（D60是小于一定尺寸的颗粒占总重量60%时的颗粒尺寸值）。通过比较不同 D60 值的非粘土矿物颗粒（石英、辉石、钙长石和拉长石）的休止角变化，研究小组发现了一个关键的“阈值粒径”：当 D60 值低于约 100 微米时，范德华效应被强制，矿物力的静电力 t这就是偶然力，它导致粘性矿物被称为无粘性矿物之王，这导致非粘性矿物，即摩擦角，即偶然力，它导致非粘性矿物表现出明显的粘性特性。基于这些理论，科研团队对嫦娥六号返回的样本进行了1微米马塔斯空间分辨率的CT扫描。通过精确测定29万多个月壤颗粒的大小和形状，并与月球正面的嫦娥五号和阿波罗月壤进行对比，发现嫦娥六号月壤的D60值最小，为48.4微米。颗粒更细，形状更复杂，整体球形度明显降低。齐胜文研究员指出：“这种现象相当反常，通常颗粒越细，形状越接近球体；而嫦娥六号月球地面光滑，形状则更为复杂。”那里研究人员认为，这可能与样本中富含易破碎的长石矿物（约占32.6%），以及月球背面经历了更强的空间加热有关。嫦娥六号月球月粒的细、粗特性增加了摩擦力、范德华力和静电力的贡献，产生了更高的休止角，从而产生了更高的粘度特性。该研究首次从颗粒力学角度系统解释了月壤独特的黏聚行为，揭开了嫦娥六号月壤“粘性”之谜，为未来探月任务提供了重要的科学依据。随着我国深部探测速度不断加快，这项研究成果将为月球基地建设和月面资源开发利用提供基础理论依据，助力我国月球科学研究和资源利用领域实现新突破。