近日，清华大学水利水电工程系崔一飞副教授团队联合武汉大学、香港理工大学、中国科学院地球化学研究所和地质与地球物理研究所学者，在月球样品颗粒物性研究领域取得重要进展。其研究成果系统揭示了太空风化在改造月球表层月壤颗粒形态作用中存在饱和效应，成果发表于国际期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。该研究基于我国嫦娥五号与嫦娥六号任务获取的月球样品开展，为理解月球正、背面表层月壤的形成和长期演化过程提供了新的约束机制。

2020年12月，嫦娥五号着陆于月球正面风暴洋北部，采集月壤1731克；2024年6月，嫦娥六号从月球背面南极-艾特肯盆地返回月壤1935克。依据月壤颗粒分类标准，其类型可分为多矿物相颗粒（如玄武岩、角砾岩、胶结物）与单一矿物相颗粒（如不同密度单矿物及玻璃珠）（见图1 a）。这些颗粒如同“时间胶囊”，其含量、外部轮廓与内部孔隙结构记录着不同的月表关键过程，如岩浆活动、撞击历史与太空风化痕迹。系统研究月壤颗粒物性，可高效解译月表过程，并为未来月球探测与资源利用奠定理论基础。

图1 a 基于CT数据识别的七类主要月壤颗粒，包括玄武岩、角砾岩、胶结物及高/中/低密度单矿物与玻璃珠；b 两地月壤中各类型颗粒的体积分数

为此，研究团队采用了高分辨率微米级X射线显微CT技术，对嫦娥五号、六号月壤粉末样进行了三维定量分析，获取了数万枚颗粒的形态与孔隙数据。结合地球物理与地球化学分析，研究旨在回答：在月球正背面地质年龄与太空风化程度显著差异的背景下，月壤颗粒形态是否会因经历不同而产生明显区别？

研究发现，尽管两地月壤在地质背景、岩浆起源、成熟度及撞击历史上差异显著，但同类型颗粒在长细比、球度、凹凸度与圆度等形态参数分布上高度一致，均值差异普遍小于5%（见图2）。这表明，长期太空风化主导的翻耕与磨蚀过程，能够驱动表层月壤颗粒逐步向一个稳定的形态区间演化。

图2 嫦娥五号和嫦娥六号月壤各类型颗粒多尺度形态参数对比

基于对不同岩浆起源、撞击事件及太空风化作用的综合考量，研究构建了一个基于月壤颗粒物性的月表过程解析框架。该框架系统阐释了撞击破碎、熔融胶结、翻耕磨蚀、太阳风注入等过程如何协同塑造月壤颗粒形态与孔隙结构。其中，由撞击引发的翻耕效应对表层月壤形态演化起主导作用。持续的翻耕驱动颗粒反复磨蚀，能逐步抵消乃至“抹平”其他因素（包括内部成分与结构差异）对形态的影响，使磨蚀、破碎与胶结三种效应达到动态平衡，最终驱动不同颗粒形态收敛于一个稳定区间，达到形态演化的饱和状态。研究进一步指出，月壤颗粒形态可能在形成后约220万年内即趋于稳定。这从形态学角度为追溯月壤长期演变提供了新范式。

图3 主要月表过程与相应的月壤颗粒形态演化框架

该研究首次系统阐释了月球正背面太空风化对月壤颗粒及孔隙结构的改造规律，为未来月面建造及数字孪生模型构建提供了理论依据。崔一飞副教授团队自2020年起系统开展月壤工程物性研究，已建立跨尺度评估体系与月壤物理力学性质数据库，多项成果在Science Bulletin、Journal of Geophysical Research: Planets和Computers and Geotechnics等期刊发表。

清华大学水利系博士研究生罗奥和崔一飞副教授为论文共同第一作者，清华大学崔一飞副教授、王国栋助理研究员和武汉大学聂家岩副研究员为论文共同通讯作者。研究获得国家自然科学基金、清华大学自主科研计划以及中国科协青年人才托举工程等项目资助，同时特别感谢中国国家航天局为本研究提供珍贵的嫦娥五号和嫦娥六号月球样品（样品编号CE5C0400YJFM01001、CE6C0200YJFM008）。

相关论文链接

https://www.nature.com/articles/s41467-026-68824-3

https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.03.019

https://doi.org/10.1029/2024JE008849

https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2024.106661

http://engine.scichina.com/doi/10.1360/SST-2025-0324