Ученые объяснили, почему лунный грунт с обратной стороны Луны оказался липким

Команда под руководством Ци Шэнвэня из Института геологии и геофизики проводит серию испытаний грунта. [Фото: chinadaily.com.cn]

Когда китайский зонд «Чанъэ-6» вернулся с обратной стороны Луны в 2024 году, ученые заметили нечто особенное в лунном грунте: он был неожиданно липким.

В то время как лунная пыль, собранная с видимой стороны предыдущими миссиями, была рыхлой и сыпучей, образцы с обратной стороны — той, что никогда не поворачивается к Земле — были комковатыми и вязкими. Теперь команда китайских исследователей заявляет, что разгадала эту загадку.

В исследовании, опубликованном в понедельник в журнале Nature Astronomy, ученые из Китайской академии наук сообщили, что «липкость» грунта обусловлена сочетанием чрезвычайно мелких частиц и их неровной, неправильной формы. Это открытие может повлиять на способы строительства будущих лунных баз.

Расследование началось после того, как Ху Хао, главный конструктор миссии «Чанъэ-6», отметил в июне 2024 года, что грунт, собранный в бассейне Южный полюс — Эйткен, кажется «более вязким и несколько более комковатым», чем образцы с видимой стороны.

Чтобы понять причину, команда под руководством Ци Шэнвэня из Института геологии и геофизики подвергла грунт серии испытаний. Они провели тест на «угол естественного откоса», по сути, просыпая грунт через воронку, чтобы увидеть, насколько крутую насыпь он может образовать, не осыпаясь.

Результаты показали, что грунт с обратной стороны Луны может удерживать гораздо более крутой склон, ведя себя скорее как влажная садовая земля на Земле, а не как сухой пляжный песок.

Микроскопическая физика в действии

Исследователи сначала проверили очевидные причины, такие как влажность или магнетизм. Они не нашли ни того, ни другого. В грунте не было глины и лишь следовые количества магнитных минералов.

Вместо этого ответ крылся в геометрии самой пыли.

Используя компьютерную томографию высокого разрешения более 290 000 отдельных зерен, команда обнаружила, что частицы с обратной стороны Луны чрезвычайно малы — в среднем 48,4 микрона в диаметре — но при этом необычно зазубрены и имеют острую форму.

Ци заявил, что это создает «идеальный шторм» для липкости. Шероховатость увеличивает трение между зернами, сцепляя их вместе. А поскольку частицы настолько малы, на них действуют слабые силы, которыми на человеческих масштабах можно пренебречь: статическое электричество и силы Ван-дер-Ваальса, при которых молекулы естественным образом притягиваются друг к другу.

«Это необычно, — отметил Ци. — Обычно более мелкие частицы имеют более сферическую форму. Однако грунт «Чанъэ-6», несмотря на свою мелкость, обладает более сложной формой».

Исследователи объясняют это бурной историей обратной стороны Луны. Этот регион подвергается интенсивному космическому выветриванию — постоянной бомбардировке микрометеороидами и солнечным ветром. Грунт также богат полевым шпатом — минералом, который имеет тенденцию раскалываться на зазубренные осколки, а не стачиваться до гладкой формы.

Прокладывая путь к 2030 году

Понимание текстуры лунной пыли — это не просто научное любопытство; это критически важная инженерная задача для будущих исследований.

Липкий, абразивный грунт может засорять механизмы, покрывать солнечные панели и заклинивать сочленения скафандров. Но знание этих свойств помогает инженерам проектировать более надежные роверы и посадочные площадки.

«Эти результаты исследований обеспечат ключевую теоретическую основу для строительства лунных баз и разработки лунных ресурсов», — сказал Ци, добавив, что возможность использования липкого грунта в качестве строительного материала все еще требует дальнейшей проверки.

Эти открытия поступают в то время, когда Китай ускоряет свою космическую программу. Страна объявила о планах по высадке астронавтов на Луну до 2030 года. Для достижения этой цели инженеры разрабатывают ракету-носитель «Чанчжэн-10», новое поколение пилотируемых космических кораблей и «лунную мобильную лабораторию», способную к длительной беспилотной работе и кратковременному пребыванию людей.

Интересный факт: Миссия «Чанъэ-6» стала первой в истории человечества, доставившей на Землю образцы грунта с обратной стороны Луны. Обратная сторона Луны отличается от видимой более толстой корой и большим количеством кратеров, а ее изучение помогает ученым лучше понять историю формирования и эволюции всей Луны.