記者從中國科學院地質與地球物理研究所（以下簡稱地質地球所）獲悉，基于嫦娥六號月壤樣品，該所研究員祁生文團隊系統揭示了月球背面月壤表現出強粘性特征的物理機制，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11月24日在線發表于國際學術期刊《自然-天文》。
這一現象立即引起地質地球所嫦娥六號研究團隊的關注。“嫦娥五號與六號樣品的力學性質差別很大。打開儲存瓶，前者會飛走；而后者黏性較大，不會飛走。這說明它們在物理性質上存在不同。”此前，中國科學院院士、地質地球所研究員吳福元在接受《中國科學報》采訪時說。
其背后原因究竟是什么？經過一年多的深入研究，祁生文團隊終于找到了答案。他們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——反映顆粒材料流動性的關鍵指標。實驗結果顯示，其休止角顯著大于月球正面樣品，流動特性更接近于地球上的粘性土體，證實了胡浩總設計師的發現：月背月壤“似乎稍微粘稠一點”。
那么，這種“粘性”從何而來？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，因此排除了磁力和膠結作用的影響。研究團隊進一步發現其休止角增大主要在于三種微觀粒間力的協同作用：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。
研究團隊還發現了一個關鍵的“粒徑閾值”——當顆粒的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）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，使得石英、輝石、鈣鐵輝石、拉長石等非粘性礦物顆粒表現出明顯的粘性特征。
三種微觀粒間力與休止角增大關系圖解。科學網可視化團隊制圖
基于這些理論，研究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，發現嫦娥六號月壤D60值最小，僅為48.4微米，顆粒更細，形態更復雜，整體球度顯著偏低。
“這一現象頗為反常。”祁生文說，“通常顆粒越細，形狀越接近球形；而嫦娥六號月壤雖細，形態卻更復雜。”
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%），以及月球背面經歷更強太空風化作用有關。正是這種“又細又粗糙”的獨特顆粒特性，提升了摩擦力、范德華力與靜電力的貢獻，產生更高的休止角，最終造就了月背月壤的高粘性。
該研究首次從顆粒力學角度，系統闡釋了月壤的獨特粘聚行為，揭開了嫦娥六號月壤的“粘性”之謎，為未來月球探測任務提供了重要科學依據。研究者表示，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、月面資源開發利用，如利用月壤進行3D打印等提供了關鍵理論基礎，助力我國在月球科學研究和資源利用領域取得新的突破。
祁生文對嫦娥六號月壤樣品做固定漏斗實驗。地質地球所供圖 滾筒實驗。地質地球所供圖 滾筒試驗正面視圖。地質地球所供圖相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41550-025-02715-3
本文鏈接：月背月壤為啥更粘？ 29萬月壤顆粒掃描揭示答案http://m.sq15.cn/show-11-28636-0.html
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