嫦娥六號(hào)月壤為何有些黏？中國(guó)科學(xué)家最新研究揭曉答案
中新網(wǎng)北京11月24日電 (記者 孫自法)嫦娥六號(hào)采自月球背面的月壤樣品，相對(duì)嫦娥五號(hào)正面月壤有些黏，月壤為什么會(huì)出現(xiàn)這樣不同的物理特性？這個(gè)問(wèn)題在學(xué)界和社會(huì)上都頗受關(guān)注。
來(lái)自中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的最新消息說(shuō)，基于嫦娥六號(hào)月壤樣品，該所祁生文研究員團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)一年多深入研究，系統(tǒng)揭示出月球背面月壤表現(xiàn)出較高黏性特征的物理機(jī)制，從顆粒力學(xué)層面完整闡釋了嫦娥六號(hào)月壤為什么有些黏的科學(xué)謎題。
祁生文研究員在實(shí)驗(yàn)室對(duì)嫦娥六號(hào)月壤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 供圖
這項(xiàng)嫦娥六號(hào)月壤研究重要進(jìn)展的成果論文，11月24日以“在嫦娥六號(hào)著陸點(diǎn)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)黏聚月球土壤”為題，在國(guó)際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《自然-天文》上線發(fā)表。
證實(shí)月球背面土壤有些黏
論文第一作者和共同通訊作者祁生文研究員介紹說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)固定漏斗實(shí)驗(yàn)和滾筒實(shí)驗(yàn)，精確測(cè)量了反映顆粒材料流動(dòng)性的關(guān)鍵指標(biāo)――嫦娥六號(hào)月壤的休止角。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，嫦娥六號(hào)月壤的休止角顯著大于月球正面樣品，其流動(dòng)特性更接近于地球上的黏性土體，從而證實(shí)月球背面土壤有些黏。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步開(kāi)展精細(xì)成分分析，確認(rèn)月壤休止角增大主要受摩擦力、范德華力和靜電力三種粒間力的協(xié)同控制。其中，摩擦力的作用與顆粒表面粗糙度正相關(guān)，范德華力與靜電力的作用則隨顆粒尺寸減小而顯著增強(qiáng)。
本次研究對(duì)嫦娥六號(hào)月壤樣品進(jìn)行滾筒實(shí)驗(yàn)。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 供圖
本次研究發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)測(cè)定D60值(小于某一粒徑的顆粒重量占到總重量60%時(shí)的顆粒粒徑值)來(lái)判斷顆粒尺寸對(duì)休止角的影響。對(duì)比不同D60值的非黏土礦物顆粒(如石英、輝石、鈣鐵輝石、拉長(zhǎng)石)的休止角變化，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)一個(gè)關(guān)鍵“粒徑閾值”：當(dāng)D60值低于約100微米時(shí)，范德華力與靜電力對(duì)休止角的作用開(kāi)始凸顯，使得非黏性礦物顆粒表現(xiàn)出明顯的黏性特征。
助力月球科研與資源利用
基于這些研究成果，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥六號(hào)返回樣品進(jìn)行1微米的高空間分辨計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)，通過(guò)對(duì)超過(guò)29萬(wàn)個(gè)月壤顆粒的尺寸與形態(tài)進(jìn)行精確厘定，并同月球正面嫦娥五號(hào)和阿波羅月壤對(duì)比，發(fā)現(xiàn)嫦娥六號(hào)月壤D60值最小，僅為48.4微米，顆粒更細(xì)，形態(tài)更復(fù)雜，整體球度顯著偏低。
祁生文指出，通常顆粒越細(xì)，形狀越接近球形，嫦娥六號(hào)月壤雖細(xì)，形態(tài)卻更復(fù)雜，這一現(xiàn)象頗為反常。本項(xiàng)研究表明，這可能與樣品中富含易破碎的長(zhǎng)石礦物(約占32.6%)，以及月球背面經(jīng)歷更強(qiáng)太空風(fēng)化作用有關(guān)。嫦娥六號(hào)月壤又細(xì)又粗糙的顆粒特性，提升了摩擦力、范德華力與靜電力的貢獻(xiàn)，產(chǎn)生更高的休止角，因此造就其更高黏性特征。
本次研究的嫦娥六號(hào)月壤樣品。中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 供圖
研究團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)研究首次從顆粒力學(xué)角度，系統(tǒng)闡釋月壤的獨(dú)特黏聚行為，揭開(kāi)嫦娥六號(hào)月壤的黏性之謎，可為未來(lái)月球探測(cè)任務(wù)提供重要科學(xué)依據(jù)。隨著中國(guó)深空探測(cè)步伐的不斷加快，這些研究成果將為月球基地建設(shè)、月面資源開(kāi)發(fā)利用等提供關(guān)鍵理論基礎(chǔ)，助力中國(guó)在月球科學(xué)研究和資源利用領(lǐng)域取得新的突破。
據(jù)悉，在國(guó)務(wù)院新聞辦公室一年多前舉行的嫦娥六號(hào)任務(wù)新聞發(fā)布會(huì)上，嫦娥六號(hào)任務(wù)總設(shè)計(jì)師胡浩曾提及，月球背面采樣過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)嫦娥六號(hào)著陸區(qū)月壤“似乎稍微黏稠一點(diǎn)，還有點(diǎn)結(jié)塊”。這次發(fā)表的研究成果，終于找到這一特殊現(xiàn)象背后的科學(xué)答案。(完)
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