嫦娥六号的月壤为什么这么粘？

24日，记者从中国科学院地质与地球物理研究所获悉，该所齐胜文研究团队基于嫦娥六号月壤样本，系统阐明了月球背面月壤粘度增大的物理机制，彻底解开了“从粒子力学角度看，嫦娥六号月壤为何如此粘稠”的科学谜团。相关研究成果在线发表在国际学术期刊《自然天文学》上。 2024年6月27日，嫦娥六号任务总设计师胡辉在国务院新闻办公室举行的嫦娥六号任务新闻发布会上回答记者提问。在月球背面采样过程中，发现嫦娥六号着陆区的月壤“有点粘，看起来有点块状”，表现出不同的物理性质与嫦娥五号月球近侧的月球土壤相比。这一现象很快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密切关注。经过一年多的详尽研究，齐胜文研究员终于找到了这一特殊现象背后的科学答案。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，这是反映颗粒流动性的重要指标。实验结果表明，嫦娥六号采集的月壤休止角明显大于月球近侧样品，其流动特性与地球的粘性土壤相似，证实了haLead设计师胡浩关于背面看起来略带粘性的抱怨。详细的成分分析表明，月球土壤含有极少量的磁性矿物和d 不含粘土矿物。换句话说，在去除磁性和胶结作用后，研究人员证实，休止角的增加主要是由摩擦力、范德华力和静电力这三种晶间力的协调控制来控制的。其中，摩擦力的影响与颗粒表面粗糙度呈正相关，范德华力和静电力的影响随着颗粒尺寸变小而显着变大。研究人员发现，颗粒尺寸对休止角的影响可以通过测量D60值来确定（D60是当低于一定尺寸的颗粒占总重量的60%时的颗粒大小）。各种D6下的非粘土矿物颗粒（石英、辉石、钙辉石、钙长石）的休止角变化与零值相比，研究人员发现了一个显着的“粒径阈值”。当D60值i当小于100微米左右时，范德华力和静电力对休止角的影响开始显着，非粘性矿物颗粒表现出明显的现象。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微米高空间分辨率CT扫描。通过精确测量29万多个月壤颗粒的大小和形状，并与嫦娥五号和阿波罗近侧月壤进行比较，研究人员发现，嫦娥六号月壤的D60值最小，仅为48.4微米。颗粒变得更细，形状更复杂，整体球形度显着下降。齐胜文研究员指出：“这种现象极其不寻常。”一般来说，颗粒越细，形状越接近球形，但嫦娥六号上的月壤虽然更细，但形状却更复杂。”研究人员认为这可能与样本中富含脆性长石矿物（约占32.6%）以及月球背面遭受过更强的空间侵蚀有关。嫦娥六号月壤的细粒和粗粒特性，由于较高的摩擦力以及范德华力和静电力的贡献，导致其具有更大的休止角，从而产生更高的粘性特性。本研究首次从粒子力学的角度系统地解释了月壤独特的絮凝行为，解开了嫦娥六号月壤“粘性”之谜，为未来探月任务提供了重要的科学依据。随着我国深空探测步伐不断加快，这些研究成果将为月球基地建设和月面资源开发利用提供重要理论基础，助力我国实现月球科学研究和资源利用领域取得新突破。