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【Telegram中文版】嫦娥石:来自月球的“中秋礼物”【Telegram中文官网】

科技日报记者 代小佩 付毅飞

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9月9日,中秋前夕,国家航天局、国家原子能机构联合在京发布嫦娥五号最新科学成果: 中核集团核工业北京地质研究院(以下简称核地研院)在月球样品研究中发现新矿物,被命名为“嫦娥石”。

嫦娥石是我国第一次发现的月球新矿物,也是国际上发现的第六个月球新矿物。它的发现改变了我国月球矿物发现历史,使我国成为世界第三个发现月球新矿物的国家。

嫦娥石:来自月球的“中秋礼物”

嫦娥石理想晶体结构图。中核集团核地研院供图

锁定疑似新矿物

2021年6月,嫦娥五号月壤样品向全社会开放申请。2021年7月12日,核地研院以“裂变聚变核能元素研究”为主题,获批成为首批开展嫦娥五号月壤科研样品研究的单位之一,获得月壤科研样品50毫克。

这50毫克的月壤样品,含有数十万个颗粒。月壤样品每一颗都非常珍贵,研究团队是一颗一颗挑选着、计算着使用,生怕造成一丁点的浪费。

“按照要求,在研究过程中,我们对月壤的消耗量不能超过20毫克。这意味着,我们能用于研究的月壤大约只有5颗芝麻粒儿那么多。”核地研院第一批月球样品负责人黄志新研究员说。

如今,要在这5颗“芝麻粒儿”的粉末中找乾坤,他们充满干劲又战战兢兢。

嫦娥石:来自月球的“中秋礼物”

月壤样品显微镜照片。中核集团核地研院供图

拿到这份来自月球的珍贵礼物后,研究团队迅速对月壤粉末样品开展矿物学研究。期间,他们发现了新矿物的蛛丝马迹。

这个疑似新矿物的颗粒大小不足10微米,甚至不到一根头发丝直径的1/10。“我们对这个颗粒进行化学成分分析后发现,它的化学成分是全新的,人类已知的矿物没有一种与它的化学成分组成一致。这提示我们,它可能是一种新的矿物。”核地研院月球研究团队研究骨干李婷研究员说。

除了拥有全新的化学组成,一种矿物要被确定为新矿物,还需要提供晶体结构信息。

为了解开这道必答题,研究团队首先得把与疑似新矿物共生的已知矿物辉石剔除干净。但无论使用实验手段还是后期的数据处理方法,都没有办法清除这颗微小颗粒上的辉石。

由于没办法获得理想的结构数据,新矿物的研究按下暂停键。

15毫克月壤在针尖上舞蹈

很快,事情迎来转机。

2021年7月29日,国家航天局正式公布第二批月球科研样品计划,核地研院团队钟军博士积极申请,获得一件光片样品。这次的样品仅15毫克左右,大约相当于3-4颗芝麻粒。

15毫克的月壤里,会藏着怎样的秘密?

在第一个样品的基础上,研究团队统计了第二个样品靶上14万多个颗粒,终于找到了疑似新矿物的一些踪迹。但有希望测到单晶结构的只有一颗,而这一颗还裂成了三小块。

这无异于是针尖上的舞蹈。

在分析之前,要先对月壤进行分类再进行研究。不能用仪器进行分类,仪器上会粘月壤,造成浪费。所以,需要手工挑。为了不引入外来杂质,分类时只能靠针尖摩擦提取月壤颗粒,或者利用颗粒的凹槽去“捉”,捉的时候,颗粒常常在玻片上到处“跑”。

用比头发丝还细的玻璃丝分拣肉眼不可见的矿物,考验眼力也考验手上功夫。连续两个多月,李婷对着显微镜一坐就是一整天,一个动作重复上万次,累到肩胛骨几乎脱扣,最终完成了矿物分选和挑选工作。

嫦娥石:来自月球的“中秋礼物”

全副武装的李婷研究员。中核集团核地研院供图

团队使用聚焦离子束电镜切出了一颗10×7×4微米的纯的单晶颗粒,然后将颗粒转移到单晶衍射仪上收集衍射数据,最后解译出疑似新矿物颗粒的晶体结构。

他们对疑似新矿物进行了拉曼光谱分析、晶体光性描述、物理性质计算等。

2021年底,通过系统详尽的矿物学研究,研究团队确定,这是一种从未被发现过的磷酸盐新矿物。

而它,来自距离地球30多万公里的月球。

这种矿物的晶体结构属三方晶系,空间群R3c,呈微小柱状。

嫦娥石:来自月球的“中秋礼物”

月壤颗粒大小不均。中核集团核地研院供图

最初命名被拒

不是昔年攀桂树,岂能月里索姮娥。

为了致敬我国航天嫦娥工程探月事业,弘扬中华民族传统月球文化,将我国的传统文化和新时代中国科技发展成绩推向全世界,核地研院将月球新矿物命名为“嫦娥石”,英文名暂定为Changeite-(Y)。

2021年深冬,李婷马不停蹄地撰写研究报告,很快,报告提交给国际矿物协会新矿物分类及命名委员会。

没想到,新矿物获得批准了,但名称没有通过。

因为嫦娥石的英文名Changeite-(Y)和一种已知矿物的英文名Changoite太相似。很多人劝团队改一个名字,但团队不想放弃。

嫦娥石:来自月球的“中秋礼物”

第一批月球样品到达时团队合影。中核集团核地研院供图

在核地研院月球研究团队牵头人李子颖看来,“嫦娥石”寄托着中国航天探测精神和美丽传说,是动人的,这个名字不能轻易舍弃。

反复思考后,他们找到了一个既有中国特色也符合国际惯例的英文名字——Changesite。

这是纪念我国嫦娥工程首次取回的月球样品,明确了该矿物来自中国传统神话嫦娥(Chang’E)的居住地(site),即月球;同时也表明该矿物取自嫦娥五号(Chang’E)的降落点(site)。此外,S既是中文“石”的拼音首字母又是英文“Stone(石头)”首字母。

报告再次提交。2022年8月3日,经过一个多月的再次等待后,该新矿物最终获得国际矿物协会新矿物命名及分类委员会通过批准。中文名“嫦娥石”,英文名Changesite-(Y)。

除了首次成功发现新矿物,核地研院还获得了嫦娥五号月壤中未来聚变能源资源——氦-3含量和提取参数,为我国后续月球氦-3资源的遥感预测和资源总量估算,以及氦-3资源未来开发和经济评价提供了基础科学数据。

此外,研究团队还系统获得了嫦娥五号月球样品的形貌及矿物组成,为研究月球演化和形成提供了有力支撑。