记者从中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）获悉，基于嫦娥六号月壤样品，该所研究员祁生文团队系统揭示了月球背面月壤表现出强粘性特征的物理机制，从颗粒力学层面完整阐释了嫦娥六号月壤“为什么这么粘”的科学谜题。相关研究成果11月24日在线发表于国际学术期刊《自然-天文》。

这一现象立即引起地质地球所嫦娥六号研究团队的关注。“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粘性土体，证实了胡浩总设计师的发现：月背月壤“似乎稍微粘稠一点”。

那么，这种“粘性”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三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（小于某一粒径的颗粒重量占到总重量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、拉长石等非粘性矿物颗粒表现出明显的粘性特征。

三种微观粒间力与休止角增大关系图解。科学网可视化团队制图

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。

“这一现象颇为反常。”祁生文说，“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。”

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，产生更高的休止角，最终造就了月背月壤的高粘性。

该研究首次从颗粒力学角度，系统阐释了月壤的独特粘聚行为，揭开了嫦娥六号月壤的“粘性”之谜，为未来月球探测任务提供了重要科学依据。研究者表示，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，如利用月壤进行3D打印等提供了关键理论基础，助力我国在月球科学研究和资源利用领域取得新的突破。

祁生文对嫦娥六号月壤样品做固定漏斗实验。地质地球所供图

滚筒实验。地质地球所供图

滚筒试验正面视图。地质地球所供图

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41550-025-02715-3