在人类探索宇宙的征程中，月球始终是一个充满吸引力的目标。随着对月球了解的不断深入，一个现实问题摆在眼前：若未来要在月球上建造房屋，月壤能否作为可靠的地基材料？毕竟，月壤与地球上的地基材料存在诸多差异，而且嫦娥任务带回的月壤样品极为珍贵且数量稀少，科学家如何在不破坏这些宝贵样品的前提下，获取其力学性质呢？
近期，科研人员针对这一难题取得了重要进展。中国科学院地质与地球物理研究所的科研团队联合运用矿物识别和纳米压痕技术，对极微量的嫦娥五号月壤（CE5 - 054）、月球陨石（NWA - 4734）以及地球岩石（CR - 1）样品开展了精细且无损的力学测试。其技术路线涵盖样品制备、通过SEM&EDS识别矿物类型以及利用纳米压痕仪测量矿物力学性质等环节。
纳米压痕试验的原理并不复杂，它就像是用一个极其微小的针尖，以几百纳米级的力度轻轻压入材料表面，通过记录材料被压下去的深度以及反弹的程度，进而反推材料的力学性质。这种方法对样品的损耗极小，对于像月壤这样珍贵的材料研究而言，无疑是非常合适的。通过该试验，科研人员能够获取两个关键指标：弹性模量和硬度。弹性模量反映材料在弹性变形阶段抵抗形变的能力，数值越大，材料越不容易被拉伸或压缩；硬度则描述材料抵抗压入或磨损的能力，数值越大，材料越硬越耐磨。
实验结果令人瞩目。嫦娥五号月壤中不同矿物的弹性模量分布范围较广，其中位值约在87.1 - 173.2 GPa之间。不同矿物间的弹性模量差异显著，呈现出橄榄石＞辉石＞钛铁矿＞尖晶石＞斜长石的次序，其中斜长石的弹性模量明显偏低。相比之下，各矿物之间的硬度差异则相对较小，中位值集中在6.89 - 9.67 Gpa之间，辉石略硬，钛铁矿略软，其余矿物彼此相差不大。
那么，为何同一种矿物在不同样品中会表现出不同的弹性模量和硬度呢？科研人员将矿物比作一个人，其“抗压”能力不仅取决于自身“基因”，即矿物类型及晶体结构；还受“成长经历”的影响，也就是风化过程中留下的微裂/孔隙、晶格错位等结构缺陷。这些结构缺陷往往具有随机性和不均一性，是造成相同矿物力学性质差异的关键因素。
以具体样品为例，月球陨石NWA 4734经历了高温高压的撞击事件，内部发育了大量微裂纹等结构缺陷，从而削弱了其整体力学性能。而其中的斜长石由于融点更低且易发生相变，可能在撞击过程中发生局部致密化，反而表现出较高的弹性模量。嫦娥五号月壤在形成过程中缺少大型高能量撞击事件，太阳风、微陨石撞击熔融或破碎对颗粒的改造多局限于颗粒表层，因此整体结构保持相对完整，力学性质优于月球陨石。地球岩石CR - 1几乎未经地球风化作用影响，原始结构保留完好，所以更硬、更不易变形。
这项研究成果意义重大，它不仅为理解月球等星体表面的风化改造过程提供了微观力学方面的有力证据，还为未来利用月壤进行数值模拟、开发高保真模拟月壤，甚至实现月球原位资源利用，提供了宝贵的关键参数。
