嫦娥六号月壤高黏性之谜通过颗粒力学研究揭晓
中国科学院地质与地球物理研究所祁生文研究员团队，依托嫦娥六号带回的月壤样本，首次系统性揭示了月球背面月壤表现出高黏性特征的物理机制。这项研究在颗粒力学层面，完整解答了嫦娥六号月壤为何“格外黏稠”的科学问题。相关成果已发表于国际权威学术期刊《自然·天文》。
2024年6月27日，嫦娥六号任务总设计师胡浩在新闻发布会上回应媒体提问时表示，嫦娥六号在月球背面采样时发现，着陆区域的月壤“略显黏稠，且有一定程度的结块”，表现出与嫦娥五号采集的月球正面样本不同的物理特性。这一发现迅速引起了地质与地球物理研究所嫦娥六号研究团队的关注。经过一年多深入分析，祁生文团队最终揭示了这一现象背后的科学原理。
为评估嫦娥六号月壤的流动性，研究团队开展了固定漏斗实验与滚筒实验，重点测量了其休止角——这是衡量颗粒材料流动性能的核心参数。实验数据显示，嫦娥六号月壤的休止角明显高于月球正面样本，其行为更类似于地球上的黏性土壤，从实验角度验证了胡浩总设计师的观察。
通过精细成分分析，研究团队确认嫦娥六号月壤中磁性矿物含量极低，且不含任何黏土矿物，因此排除了磁力和胶结作用对黏性的影响。研究表明，月壤的高休止角主要受到三种粒间力的共同作用：摩擦力、范德华力和静电力。其中，摩擦力与颗粒表面粗糙度呈正相关，而范德华力与静电力则在颗粒尺寸减小时显著增强。团队通过测量D60值（即粒径小于该值的颗粒重量占比达到60%的临界点），进一步量化了颗粒尺寸对休止角的影响。
对比多种非黏性矿物（包括石英、辉石、钙铁辉石和拉长石）在不同D60值下的休止角变化，研究人员发现一个关键的“粒径阈值”：当D60值低于约100微米时，范德华力与静电力的影响明显增强，使原本无黏性的矿物颗粒也表现出黏性行为。
基于上述理论模型，研究团队对嫦娥六号月壤样本进行了高分辨率1微米级的CT扫描，精确测定超过29万颗颗粒的尺寸与形态，并与嫦娥五号及阿波罗任务带回的月壤样本进行对比。结果表明，嫦娥六号月壤的D60值仅为48.4微米，颗粒更细且形态更复杂，整体球度明显偏低。祁生文指出：“这一现象颇为反常——一般来说，颗粒越细，形状越接近球形；而嫦娥六号月壤虽然粒径小，但形态反而更不规则。”
研究人员推测，这种细而粗糙的颗粒特征，可能与样品中富含易破碎的长石矿物（占比约32.6%）以及月球背面经历更强的太空风化作用有关。这些特性增强了颗粒之间的摩擦力、范德华力和静电力，从而提升了整体休止角，呈现出更高的黏性。
该研究首次从颗粒力学角度系统阐释了月壤的黏聚行为，破解了嫦娥六号月壤“黏性”之谜。这一发现不仅为后续月球探测任务提供了坚实的理论支撑，也为月球基地建设、资源开发等应用奠定了科学基础，助力我国在月球科学研究与资源利用领域实现更多突破。