Образцы лунных пород служат важным связующим звеном между орбитальным дистанционным зондированием и наземными измерениями. В ходе предыдущих миссий по возвращению образцов — «Аполлон», «Луна» и «Чанъэ-5» — было доставлено в общей сложности около 383 килограммов лунного грунта и горных пород с ближней стороны Луны, что позволило лучше понять геологическую эволюцию единственного земного спутника и свойства лунного реголита. Однако отсутствие образцов с обратной стороны Луны ограничивал исследования ее уникального состава и геологической истории.
25 июня 2024 года китайская миссия «Чанъэ-6» успешно доставила на Землю 1935,3 грамма лунного грунта из бассейна Эйткена на обратной стороне Луны, крупнейшего, самого глубокого и самого древнего ударного образования на Луне.
По словам Ху Хао, главного конструктора миссии «Чанъэ-6», возвращенные образцы оказались «немного более вязкими и комковатыми», чем относительно мелкий и рыхлый материал, собранный «Чанъэ-5».
Чтобы количественно оценить это наблюдение, исследовательская группа под руководством профессора Ци Шэнвэня из Института геологии и геофизики Китайской академии наук (IGGCAS) провела эксперименты с использованием неподвижной воронки и вращающегося барабана для измерения угла естественного откоса — ключевого параметра, отражающего текучесть сыпучих материалов. Работа была опубликована в Nature Astronomy.
Результаты показали, что почва в образцах «Чанъэ-6» имеет значительно более высокий угол естественного откоса, чем образцы с ближней стороны. Она демонстрирует поведение, характерное для связных грунтов.
Последующий анализ исключил влияние магнитных свойств и цементирования, поскольку в образцах содержались лишь следовые количества магнитных минералов и не было глинистых пород. Повышенный угол естественного откоса объясняется действием трех факторов межчастичного взаимодействия: трения, ван-дер-ваальсовых сил и электростатики.
В то время как трение пропорционально шероховатости поверхности частиц, вклад ван-дер-ваальсовых и электростатических сил увеличивается по мере уменьшения размера частиц. Используя показатель D60 — диаметр частиц, при котором 60 % образца состоит из более мелких частиц, — исследователи определили критический порог размера, составляющий примерно 100 микрометров. При размере ниже этого порога мелкие частицы неглинистых минералов начинают проявлять когезионные свойства.
Когезия — это сцепление между одинаковыми молекулами одного вещества, в то время как более известная широкой общественности адгезия — это сцепление между молекулами разных веществ. Когезия определяет внутреннюю прочность материала, например, способность клея не рваться при растяжении, а адгезия — его способность «прилипать» к поверхности. Примером обоих явлений является капиллярный эффект, где когезия удерживает молекулы воды вместе, а адгезия притягивает их к стенкам трубки.
Компьютерная томография высокого разрешения показала, что D60 образцов «Чанъэ-6» составляет всего 48,4 микрометра — это значительно меньше, чем у почв на видимой стороне, причем форма частиц гораздо менее сферическая.
Это необычно. Более мелкие частицы обычно имеют более округлую форму. Несмотря на то, что почва, доставленная «Чанъэ-6», мелкозернистая, ее частицы имеют более сложную форму..
Это явление может быть вызвано двумя факторами: более высоким содержанием полевого шпата (~32,6 %) в образцах — минерала, подверженного дроблению, — и более интенсивным космическим выветриванием на обратной стороне. Указанные текстурные и морфологические характеристики усиливают межчастичные связи, что приводит к наблюдаемой высокой когезии.
Исследование представляет собой первое систематическое объяснение когезионного поведения лунного грунта с точки зрения механики сыпучих тел. Оно позволяет по-новому взглянуть на физические свойства реголита обратной стороны Луны.
Тот же реголит с обратной стороны Луны недавно рассказал о происхождении воды в Солнечной системе.
