祁生文对嫦娥六号月壤样品开展固定漏斗实验。

滚筒实验正面视图。地质地球所供图

中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）研究员祁生文团队基于嫦娥六号月壤样品，系统揭示了月球背面月壤表现出强黏性特征的物理机制，从颗粒力学层面完整解开了嫦娥六号月壤“为什么这么黏”的科学谜题。相关研究成果11月24日在线发表于《自然-天文》。

嫦娥六号任务总设计师胡浩曾提到，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”，这与月球正面的嫦娥五号月壤存在不同的物理特性。 “嫦娥五号与六号样品的力学性质差别很大。打开储存瓶，前者会飞走；而后者黏性较大，不会飞走。这说明它们在物理性质上存在不同。”此前，中国科学院院士、地质地球所研究员吴福元在接受《中国科学报》采访时说。

其背后原因究竟是什么？经过一年多的深入研究，祁生文团队终于找到了答案。他们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——反映颗粒材料流动性的关键指标。实验结果显示，其休止角显著大于月球正面样品，流动特性更接近于地球上的黏性土体。

那么，这种“黏性”从何而来？精细成分分析表明，月壤中含有极少量磁性矿物且不含任何黏土矿物，因此排除了磁力和胶结作用的影响。研究团队进一步发现，其休止角增大主要在于3种微观粒间力的协同作用：摩擦力、范德华力和静电力。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。

研究团队还发现了一个关键的“粒径阈值”——当颗粒的D60值，即小于某一粒径的颗粒重量占总重量60%时的颗粒粒径值，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，使得石英、辉石、钙铁辉石、拉长石等非黏性矿物颗粒表现出明显的黏性特征。

基于这些理论，研究团队对嫦娥六号返回样品进行了1微米的高空间分辨CT扫描，通过对超过29万个月壤颗粒的尺寸与形态进行精确厘定，并同月球正面的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。“通常颗粒越细，形状越接近球形；而嫦娥六号月壤虽细，形态却更复杂。”祁生文说。

研究人员认为，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。正是这种“又细又粗糙”的独特颗粒特性，提升了摩擦力、范德华力与静电力的贡献，产生了更高的休止角，最终造就了月背月壤的高黏性。

该研究首次从颗粒力学角度，系统阐释了月壤的独特黏聚行为，揭开了嫦娥六号月壤的“黏性”之谜，为未来月球探测任务提供了重要科学依据。研究人员表示，随着我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、月面资源开发利用奠定关键理论基础，助力我国在月球科学研究和资源利用领域取得新突破。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41550-025-02715-3

（原载于《中国科学报》 2025-11-26 第1版 要闻）