“嫦娥石”理想晶體圖。中核集團核地研院供圖
9月9日，國家航天局、國家原子能機構(gòu)聯(lián)合宣布，中國科學(xué)家首次在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物，并命名為“嫦娥石”。該礦物是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物，我國成為世界上第三個在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國家，這也是嫦娥五號月球樣品研究取得的又一重大科學(xué)成果。
距地球38萬公里的月球之上，“嫦娥石”存在于哪里？是如何被發(fā)現(xiàn)的？我國月球樣品研究還有哪些新進展？
發(fā)現(xiàn)于嫦娥五號月球樣品的玄武巖碎屑中，是一種新的磷酸鹽礦物
專家介紹，“嫦娥石”發(fā)現(xiàn)于嫦娥五號月球樣品的玄武巖碎屑中，是一種新的磷酸鹽礦物，屬于隕磷鈉鎂鈣石族。呈柱狀晶體，顆粒大小為2—30微米。
中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院（以下簡稱中核集團核地研院）月球樣品研究團隊，通過X射線衍射等一系列技術(shù)手段，在14萬個月球樣品顆粒中，分離出一顆粒徑約10微米大小的單晶顆粒，并成功解譯其晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)國際礦物學(xué)會（IMA）新礦物命名及分類委員會（CNMNC）投票通過，確證為一種新礦物。據(jù)介紹，該礦物是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物。
“新礦物的發(fā)現(xiàn)，為月球形成和演化提供了更多基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)，深化了人類對月球和太陽系的認(rèn)知?！眹以幽軝C構(gòu)副主任董保同表示，這是我國在空間科學(xué)領(lǐng)域取得的一項重大科學(xué)成果，也是跨行業(yè)跨專業(yè)協(xié)同合作的一次成功探索。
“嫦娥石”的英文名稱為Changesite—（Y），是研究團隊為它精心挑選的名字?！笆紫龋@是紀(jì)念我國嫦娥探月工程首次取回的月球樣品；其次，它明確了該礦物來自中國傳統(tǒng)神話‘嫦娥’（Chang’E）的居住地（site），即月球；同時也表明該礦物取自嫦娥五號（Chang’E）的降落點（site）；最后，‘S’既是中文拼音‘石—Shi’又是英文‘石—Stone’開頭的第一個字母，從發(fā)音上也更接近‘嫦娥石’，國內(nèi)國際都很好理解。”團隊牽頭人、中核集團核地研院重大項目總師李子穎介紹。
據(jù)介紹，“嫦娥石”是繼“廣寒宮”“織女”“河鼓”等35個月球地理實體命名后，月球科學(xué)探索領(lǐng)域又一具有中國文化特色并被國際社會認(rèn)可的月球相關(guān)名稱，再次展示了科學(xué)技術(shù)與文化藝術(shù)融合的中國式浪漫。
統(tǒng)計了14萬個月球樣品顆粒，經(jīng)過詳盡礦物學(xué)研究
“嫦娥石”的發(fā)現(xiàn)過程并不輕松。
2021年7月，嫦娥五號月球樣品面向全社會開放申請，中核集團核地研院成為首批獲得月球樣品的13家研究機構(gòu)之一。研究人員小心翼翼捧回50毫克的月球樣品。
“相當(dāng)于3顆米粒的重量，而且根據(jù)協(xié)議，月壤研究過程中，只允許20毫克的損耗?！敝泻思瘓F核地研院第一批月球樣品責(zé)任人黃志新研究員說。然而，在顯微鏡下觀察，1毫克月壤又擁有上萬個顆粒，“月壤每一顆都非常珍貴，研究團隊是一顆一顆挑選著、計算著使用?！秉S志新說。
“月壤的挑選不允許引入外來物質(zhì)污染，只能靠針尖和顆粒之間摩擦產(chǎn)生的一點靜電吸附住樣品。”中核集團核地研院研究員李婷說。在艱難的實驗過程中，研究團隊發(fā)現(xiàn)了新礦物的蛛絲馬跡。這個疑似新礦物的顆粒大小不足10微米?！胺治龊蟀l(fā)現(xiàn)，它的化學(xué)成分是全新的，人類已知的礦物沒有一種與它的化學(xué)成分組成一致?！崩钭臃f說。
一種礦物要被確定為新礦物，除了需要提供化學(xué)成分信息，還需要提供晶體結(jié)構(gòu)信息。研究團隊再次被難住了?！斑@個顆粒和輝石交互共生在一起，無論實驗手段還是后期的數(shù)據(jù)處理都沒有辦法把輝石剔除干凈，一直沒有獲得理想的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)?！崩铈谜f。
科研人員將目光投向了申請到的第二個月壤光片樣品。“我們統(tǒng)計了樣品上14萬個顆粒，找到了一些‘嫦娥石’的蹤跡，但有希望測到單晶結(jié)構(gòu)的只有一顆，而這一顆還裂成了3小塊?！崩钭臃f介紹，研究團隊最終抓住了十四萬分之一的機會，使用聚焦離子束電鏡切出了一顆純單晶顆粒，然后將顆粒轉(zhuǎn)移到單晶衍射儀上收集數(shù)據(jù)，最后解譯出“嫦娥石”的晶體結(jié)構(gòu)。
經(jīng)過一系列的拉曼光譜分析、晶體光性描述、物理性質(zhì)計算等系統(tǒng)詳盡的礦物學(xué)研究，2021年底，研究團隊確定，這是一種從未被發(fā)現(xiàn)過的磷酸鹽礦物，揭開了“嫦娥石”的神秘面紗。
月球樣品研究持續(xù)開展，對認(rèn)識月球起源與演化等有重要意義
2020年12月17日，嫦娥五號攜帶1731克月球樣品返回地球。
據(jù)介紹，國家航天局已完成4批152份共計53625.7毫克的月球樣品發(fā)放，有33家科研單位的98名申請人通過申請。中科院、教育部、自然資源部、中核集團等多個單位獲批承擔(dān)月球樣品研究工作，國外科學(xué)家、留學(xué)生也參加了聯(lián)合研究。
探月工程副總指揮、探月與航天工程中心主任劉繼忠介紹，各科研團隊都積極開展研究工作，取得了顯著成果。目前已在國內(nèi)外著名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表文章23篇，申請專利1項。近期發(fā)布的成果主要包括巖漿分異、太空風(fēng)化、氦—3氣體以及生物能轉(zhuǎn)化等方面，對認(rèn)識月球起源與演化，探尋月球資源的有效利用以及實現(xiàn)“零能耗”的地外環(huán)境和生命支持系統(tǒng)具有重要啟示意義。
目前，關(guān)于月球科研樣品的研究還在持續(xù)開展，第五批樣品申請已完成評審，后續(xù)將按程序發(fā)放?！半S著對樣品研究的逐步深化，我們預(yù)期會有新的更大成果。”劉繼忠說。
