月球的原生壳层（primordial crust）是全月岩浆洋固化的产物，但经历不同程度的撞击改造作用、撞击后月幔松弛、撞击重熔与熔融池分异结晶之后，产生了极其复杂的结构，例如次生月壳、月幔等（Secondary crust and mantle）。经历撞击的物理与化学作用之后，月壳的物性结构，如密度、孔隙度、热导率、弹性波速等会呈现极其复杂的三维特性。月球的样品测量或原位地球物理观测可以为月壳表层的物性提供锚点约束，但已有的数据大部分源自月球近侧风暴洋区域，且都是月表测量，这对于实施月球内部多圈层三维结构的地球物理探测提出了较强的挑战性。

中国科学院地质与地球物理研究所行星内部结构与过程研究组相关人员对嫦娥6号获取的月球背面南极-艾肯盆地的样品的密度和孔隙度进行了测量，结合已有的月球其他区域的样品测量数据、遥感数据和地球物理模拟手段，开展了全月三维密度和孔隙度结构的研究工作。

首先，研究人员利用X-ray microCT的方法测量了嫦娥6号样品的体积，得到其体密度为1.62±0.02 g/cm³，对应孔隙度为47%，这一结果与同样来自南极-艾肯盆地的嫦娥4号探地雷达观测结果一致。汇总嫦娥6号样品、嫦娥4号雷达的测量结果与已发表的月球近侧不同区域的样品或陨石测量结果，对比后发现南极-艾肯盆地的样品孔隙度显著低于月球正面风暴洋区域的样品孔隙度（图1）。尽管不同研究方法和采样深度限制了直接对比，但这些结果共同表明了月壳孔隙度存在横向变化。此外，孔隙度是控制物质摩擦角与内聚力的关键物性参数，因此嫦娥6号样品的低孔隙度可解释样品粘稠与结块现象，这与玉兔2号的车辙印分析结果一致。

图1 嫦娥6号及其他月球探测任务（图a为任务着陆点）测量得到的月球表面体密度（b）、物质密度（c）和孔隙度（d）

研究团队进一步基于月球Fe、Ti元素的全球分布，利用样品测量结果作为锚点，反演得到了全月物质密度与孔隙度的横向分布，结果显示月球背面南极-艾肯盆地整体较正面风暴洋区域的风化层更致密，孔隙度更低（图2）。此外，还进行了月壳的物理压实模拟，结果显示月壳垂向存在不连续的分层结构，在9 km和25 km深度处的物质密度和孔隙度的变化率较大（图3）。

图2 月球表面物质密度（a）和孔隙度（b）反演结果

图3 嫦娥5号和嫦娥6号采样点下方的体密度（a）和孔隙度（b）的垂向变化，以及不同的孔隙度结构可能对月球散热的影响（c）

作为月球最外层的结构，月壳对月球内部热量的传导作用类似于热毯效应，其物性的横向和垂向差异可显著影响月球不同区域的冷却效率。通过测量不同采样点区域的孔隙度与热导率，可建立两者的经验关系，然后将嫦娥6号的孔隙度测量结果应用于这一经验关系，发现南极-艾肯盆地的热导率较月球近侧风暴洋区域的热导率高一个数量级（图4）。该结果与嫦娥4号轨道器观测的结果相近，这说明相较于南极-艾肯盆地，月球的近侧可以保持更长时间的内部热量，从而导致更慢的冷却速度和更长期的火山活动（图5）。此外，南极-艾肯盆地低孔隙度引起的热损失增强可能加速了该地区岩石圈的增厚，与近侧风暴洋区域相比，进一步促进了该地区火山活动的减弱。这些月球不同区域的差异冷却模型为未来的热流测量提供了预测，并可能解释月球不同区域的火山爆发的不同持续时间。

图4 月壳孔隙度与热导率的经验关系

图5 南极-艾肯盆地撞击引发的差异热毯效应造成的短时一阶对流与差异性半球冷却

研究成果发表于国际学术期刊Icarus（Xu C Y, Jiang Y, Yan H M, et al. Low porosity crust at Chang'e-6 sampling site[J]. Icarus, 2026, 451, 117012. DOI: 10.1016/j.icarus.2026.117012.）。研究受国家自然科学基金项目（42274114、42388101、4274100）、国家重点研发计划项目（2022YFF0503202）资助。