“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科學數(shù)據(jù)，深化了人類對月球和太陽系的認知?！眹以幽軝C構(gòu)副主任董保同表示，這是我國在空間科學領域取得的一項重大科學成果，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?！眻F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，月球科學探索領域又一具有中國文化特色并被國際社會認可的月球相關名稱，再次展示了科學技術與文化藝術融合的中國式浪漫。
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。“分析后發(fā)現(xiàn)，它的化學成分是全新的，人類已知的礦物沒有一種與它的化學成分組成一致。”李子穎說。
一種礦物要被確定為新礦物，除了需要提供化學成分信息，還需要提供晶體結(jié)構(gòu)信息。研究團隊再次被難住了。“這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)。”李婷說。
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月球樣品研究工作，國外科學家、留學生也參加了聯(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)外著名學術期刊上發(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、太空風化、氦—3氣體以及生物能轉(zhuǎn)化等方面，對認識月球起源與演化，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，我們預期會有新的更大成果?！眲⒗^忠說。
