嫦娥六号月壤为何有些黏?中国科学家最新研究揭晓答案

  中新网北京11月24日电 (记者 孙自法)嫦娥六号采自月球背面的月壤样品,相对嫦娥五号正面月壤有些黏,月壤为什么会出现这样不同的物理特性?这个问题在学界和社会上都颇受关注。

  来自中国科学院地质与地球物理研究所的最新消息说,基于嫦娥六号月壤样品,该所祁生文研究员团队经过一年多深入研究,系统揭示出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有些黏的科学谜题。

祁生文研究员在实验室对嫦娥六号月壤进行实验研究。中国科学院地质与地球物理研究所 供图

  这项嫦娥六号月壤研究重要进展的成果论文,11月24日以“在嫦娥六号着陆点发现强黏聚月球土壤”为题,在国际专业学术期刊《自然-天文》上线发表。

  证实月球背面土壤有些黏

  论文第一作者和共同通讯作者祁生文研究员介绍说,研究团队通过固定漏斗实验和滚筒实验,精确测量了反映颗粒材料流动性的关键指标——嫦娥六号月壤的休止角。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,从而证实月球背面土壤有些黏。

  研究团队进一步开展精细成分分析,确认月壤休止角增大主要受摩擦力、范德华力和静电力三种粒间力的协同控制。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。

本次研究对嫦娥六号月壤样品进行滚筒实验。中国科学院地质与地球物理研究所 供图

  本次研究发现,可以通过测定D60值(小于某一粒径的颗粒重量占到总重量60%时的颗粒粒径值)来判断颗粒尺寸对休止角的影响。对比不同D60值的非黏土矿物颗粒(如石英、辉石、钙铁辉石、拉长石)的休止角变化,研究团队还发现一个关键“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。

  助力月球科研与资源利用

  基于这些研究成果,研究团队对嫦娥六号返回样品进行1微米的高空间分辨计算机断层扫描(CT),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。

  祁生文指出,通常颗粒越细,形状越接近球形,嫦娥六号月壤虽细,形态却更复杂,这一现象颇为反常。本项研究表明,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,因此造就其更高黏性特征。

本次研究的嫦娥六号月壤样品。中国科学院地质与地球物理研究所 供图

  研究团队表示,这项研究首次从颗粒力学角度,系统阐释月壤的独特黏聚行为,揭开嫦娥六号月壤的黏性之谜,可为未来月球探测任务提供重要科学依据。随着中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,助力中国在月球科学研究和资源利用领域取得新的突破。

  据悉,在国务院新闻办公室一年多前举行的嫦娥六号任务新闻发布会上,嫦娥六号任务总设计师胡浩曾提及,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”。这次发表的研究成果,终于找到这一特殊现象背后的科学答案。(完)

【编辑:李润泽】
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