中国科学院地質地球物理研究所の研究者Qi Shengwenのチームは、嫦娥6号の月の土壌サンプルに基づいて、月の裏側の月の土壌の粘度が高くなる物理的メカニズムを体系的に明らかにした。「嫦娥6号の月の土壌はなぜあれほどベタベタしているのか」という科学的謎を素粒子力学の観点から解明する。関連する研究結果が本日、国際学術誌「Nature Astronomy」に掲載された。
この研究は、2024年6月の嫦娥6号ミッションの予期せぬ発見から始まった - ミッション主任設計者の胡昊氏が国務院新聞弁公室の記者会見で述べた。月の裏側の着陸地点を採取したところ、月の土は「やや粘りがあり、少しゴロゴロしている」という特徴があり、嫦娥5号が月の裏側に持ち帰った月の土の物性とは大きく異なっていた。
この現象はすぐに科学研究チームの注目を集めました。 1年以上にわたる体系的な研究を経て、ついにそのメカニズムが解明されました。
研究チームは、固定漏斗実験やローラー実験などの一連の実験を通じて、嫦娥6号の月土壌の安息角（粒状物質の流動性を測定するための中心指標）を正確に測定した。
その結果、その安息角は嫦娥5号やアポロ計画によって持ち帰られた月の土壌サンプルよりも大幅に大きく、その流動特性は地球の粘性土壌に近いことが示され、「月の土壌は粘性が高い」という直感が直接裏付けられた。
組成分析中に研究者らは、月の土壌には非常に少量の磁性鉱物しか含まれておらず、粘土鉱物がまったく含まれていないことを発見しました。したがって、粘度に対する磁気吸着とセメンテーションの影響は除外されます。
さらなる研究により、月の土壌の高い粘度は、摩擦、ファンデルワールス力、静電気力という 3 つの粒子間力によって制御されていることがわかりました。摩擦力は粒子の表面粗さと正の相関があります。ファンデルワールス力と静電気力は、粒子サイズが小さくなるにつれて大幅に強化されます。また、粒子のD60値（この粒子径より小さい粒子の重量が全重量の60％を占めるときの粒子径）が100ミクロン未満になると、後者の2つの力の影響が顕著に現れ、非粘性の鉱物粒子が粘着性を示すようになります。
この結論を検証するために、研究チームは嫦娥6号の月の土壌サンプルの1ミクロンの高空間分解能CTスキャンを実施し、29万個を超える粒子のサイズと形状を正確に分析した。
比較の結果、嫦娥6号の月の土壌のD60値はわずか48.4ミクロンで、3種類の月の土壌の中で最も小さく、粒子の形状はより複雑で、球形度が著しく低いことが判明した。——この「薄いのに丸くない」という異常な特徴は、月の土壌には壊れやすい長石鉱物が豊富（32.6％を占める）であり、月の裏側ではより強い宇宙風化を受けているという事実と密接に関係しています。
微細な粒子と複雑で粗い表面形態により、3 つの粒子間力の相乗効果がさらに増幅され、最終的に月の土壌は高い粘度を示します。
本研究は、月面土壌の凝集挙動を粒子力学の観点から体系的に説明した初めての研究です。それは、嫦娥6号の月の土壌の特徴の謎に答えるだけでなく、将来の月探査ミッションの設計、月基地の建設、月面資源の開発と利用に重要な科学的根拠を提供するものであり、我が国が月の科学研究の分野で画期的な進歩を遂げ続けるのに役立つだろう。