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记者24日从中国科学院地质与地球物理研究所获悉，基于嫦娥六号月壤样品，该所祁生文研究员团队系统揭示了月球背面月壤表现出较高黏性特征的物理机制，从颗粒力学层面完整阐释了嫦娥六号月壤“为什么这么黏”的科学谜题。相关研究成果已在线发表于国际学术期刊《自然·天文》。
2024年6月27日，嫦娥六号任务总设计师胡浩在国新办嫦娥六号任务新闻发布会上答记者问时提到，月球背面采样过程中，发现嫦娥六号着陆区月壤“似乎稍微黏稠一点，还有点结块”，显示出与月球正面的嫦娥五号月壤不同的物理特性。这一现象立即引起了中国科学院地质与地球物理研究所嫦娥六号研究团队的高度关注。经过一年多的深入研究，祁生文研究员终于找到了这一特殊现象背后的科学答案。
研究团队通过固定漏斗实验和滚筒实验，精确测量了嫦娥六号月壤的休止角——这个反映颗粒材料流动性的关键指标。实验结果显示，嫦娥六号月壤的休止角显著大于月球正面样品，其流动特性更接近于地球上的黏性土体，证实了胡浩总设计师的发现：背面“似乎稍微黏稠一点”。
精细成分分析表明，月壤中含有极少量磁性矿物且不含任何黏土矿物，即排除磁力和胶结作用的影响后，研究团队确认其休止角增大主要受三种粒间力的协同控制：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正相关，范德华力与静电力的作用则随颗粒尺寸减小而显著增强。研究团队发现可以通过测定D60值来判断颗粒尺寸对休止角的影响（D60是小于某一粒径的颗粒重量占到总重量60% 时的颗粒粒径值）。对比不同D60值的非黏土矿物颗粒(石英、辉石、钙铁辉石、拉长石)的休止角变化，团队发现了一个关键“粒径阈值”：当D60值低于约100 微米时，范德华力与静电力对休止角的作用开始凸显，使得非黏性矿物颗粒表现出明显的黏性特征。
基于这些理论，科研团队对嫦娥六号返回样品进行了1微米的高空间分辨CT扫描，通过对超过29万个月壤颗粒的尺寸与形态进行精确厘定，并同月球正面嫦娥五号和阿波罗月壤对比，发现嫦娥六号月壤D60值最小，仅为48.4微米，颗粒更细，形态更复杂，整体球度显著偏低。祁生文研究员指出：“这一现象颇为反常。通常颗粒越细，形状越接近球形；而嫦娥六号月壤虽细，形态却更复杂。”研究人员认为，这可能与样品中富含易破碎的长石矿物（约占32.6%），以及月球背面经历更强太空风化作用有关。嫦娥六号月壤又细又粗糙的颗粒特性，提升了摩擦力、范德华力与静电力的贡献，产生更高的休止角，造就了其更高黏性特征。
该研究首次从颗粒力学角度，系统阐释了月壤的独特黏聚行为，揭开了嫦娥六号月壤的“黏性”之谜，为未来月球探测任务提供了重要科学依据。随着我国深空探测步伐的不断加快，这些研究成果将为月球基地建设、月面资源开发利用等提供关键理论基础，助力我国在月球科学研究和资源利用领域取得新的突破。
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