Роль лунных образцов в научных исследованиях
Лунные образцы играют ключевую роль в связи между орбитальными дистанционными измерениями и реальными данными. Предыдущие миссии по возврату образцов — «Аполлон», «Луна» и Chang’e-5 — вместе доставили около 383 килограммов лунного грунта и камней с видимой стороны Луны, способствуя пониманию геологической эволюции Луны и свойств реголита. Однако отсутствие образцов с обратной стороны ограничивало исследования её уникального состава и геологической истории.
Успех миссии Chang’e-6
25 июня 2024 года миссия Китая Chang’e-6 успешно доставила 1935,3 грамма лунного грунта из бассейна Южный полюс — Эйткен на обратной стороне Луны — крупнейшего, самого глубокого и древнего ударного образования на Луне.
Особенности образцов
По словам главного конструктора миссии Chang’e-6 Ху Хао, возвращённые образцы оказались «слегка более вязкими и комковатыми», чем относительно мелкий и рыхлый материал, собранный миссией Chang’e-5.
Для количественной оценки этого наблюдения исследовательская группа под руководством профессора Ци Шэнвэня из Института геологии и геофизики Китайской академии наук провела эксперименты с фиксированной воронкой и вращающимся барабаном для измерения угла естественного откоса — ключевого параметра, отражающего способность гранулированных материалов к течению.
Работа опубликована в журнале Nature Astronomy. Результаты показали, что грунт Chang’e-6 имеет существенно более высокий угол естественного откоса, чем образцы с видимой стороны, демонстрируя поведение, характерное для связных грунтов.
Анализ и выводы
Последующий анализ исключил магнитные и цементационные эффекты, поскольку в образцах содержались лишь следовые количества магнитных минералов и отсутствовали глинистые минералы. Вместо этого повышенный угол естественного откоса объясняется тремя межчастичными силами: трением, силами Ван-дер-Ваальса и электростатическими силами.
Используя показатель D60 — диаметр частиц, при котором 60% образца мельче, — исследователи определили критический порог размера примерно в 100 микрометров. Ниже этого порога мелкие частицы неглинистых минералов начинают проявлять когезионные свойства.
Высокоразрешающая компьютерная томография показала, что образцы Chang’e-6 имеют D60 всего 48,4 микрометра — значительно мельче и более неправильной формы, чем грунты с видимой стороны, с гораздо более низкой сферичностью частиц.
«Это необычно, — отметил профессор Ци. — Более мелкие частицы обычно более сферические. Несмотря на мелкозернистость, грунт Chang’e-6 демонстрирует более сложную морфологию частиц».
Это явление может быть связано с двумя факторами: более высоким содержанием полевого шпата (~32,6%) в образцах — минерала, склонного к фрагментации, и более интенсивным космическим выветриванием на обратной стороне. Эти текстурные и морфологические характеристики усиливают межчастичные силы, что приводит к наблюдаемой высокой когезии.
Это исследование впервые даёт систематическое объяснение когезионного поведения лунного грунта с точки зрения механики гранул, предлагая новое понимание физических свойств реголита на обратной стороне.
Предоставлено Китайской академией наук.