我國成為第三個發(fā)現(xiàn)月球新礦物國家 人類已在月球發(fā)現(xiàn)六種新礦物
月亮之上嫦娥石
本報記者 段相宇
9月9日，中國傳統(tǒng)節(jié)日中秋佳節(jié)前夕，國家航天局、國家原子能機構(gòu)聯(lián)合在京發(fā)布嫦娥五號最新科學(xué)成果：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”。
“‘嫦娥石’，取名太美了！”這份來自月球的“中秋禮物”，讓網(wǎng)友們紛紛點贊屬于中國人的“硬核”浪漫�！版隙鹗比绾伪话l(fā)現(xiàn)？其發(fā)現(xiàn)和命名有何意義？月球樣品研究還有哪些新進(jìn)展？記者采訪了有關(guān)單位和科研人員。
“嫦娥石”系人類在月球發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物，中國成為第三個發(fā)現(xiàn)月球新礦物的國家
據(jù)了解，“嫦娥石”是一種磷酸鹽礦物，呈柱狀晶體，存在于月球玄武巖顆粒中。中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院(以下簡稱“中核集團(tuán)核地研院”)月球樣品研究團(tuán)隊，通過X射線衍射等一系列高新技術(shù)手段，在十四萬個月球樣品顆粒中，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)協(xié)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。
“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)副主任董保同介紹，該礦物是我國首次發(fā)現(xiàn)的月球新礦物，也是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六種新礦物，我國成為世界上第三個取回月球樣品的國家，第三個發(fā)現(xiàn)月球新礦物的國家，為和平利用和合作開發(fā)太空資源貢獻(xiàn)了中國力量。
“嫦娥石”，英文Changesite-(Y)，是中核集團(tuán)核地研院月球樣品研究團(tuán)隊為它精心挑選的名字。“首先，這是紀(jì)念我國嫦娥工程首次取回的月球樣品；然后，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‘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(tuán)隊牽頭人李子穎說。
國家航天局、國家原子能機構(gòu)新聞宣傳辦公室主任孟華表示，“嫦娥石”是繼“廣寒官”“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。
分樣挑樣、掃描切割、分析破譯，“嫦娥石”的發(fā)現(xiàn)源于科研團(tuán)隊堅持專注和我國核地質(zhì)科學(xué)可靠實力
2020年12月17日，嫦娥五號攜帶1731克月球樣品返回地球。2021年6月，嫦娥五號月球樣品向全社會開放申請。經(jīng)申請批準(zhǔn)，中核集團(tuán)核地研院先后獲得月壤科研樣品50毫克、月球樣品光片1個，成為首批開展嫦娥五號月球樣品研究的單位之一。
分樣過程是月壤研究中“最刺激、最緊張”的環(huán)節(jié)。“我們簽訂的協(xié)議中，這50毫克的月壤科研樣品最多只能損耗20毫克。”中核集團(tuán)核地研院第一批月球樣品責(zé)任人黃志新介紹，用好每一個顆粒、確保極低的樣品損失量是團(tuán)隊每個人的共識。分樣在超凈室中進(jìn)行，使用百萬級天平，可以精確到0.001mg�！懊看畏Q量都先是目估，死死盯著取樣勺里幾乎看不見的‘小黑點’，再三權(quán)衡，估摸著不能超量才敢倒入樣品槽中。每個空樣品槽稱三遍，放入樣品后再稱三遍，以確保稱量準(zhǔn)確�！�
挑樣也是實驗的一大特色。實驗中，需要將月壤按粒度和礦物種類分為7個組，在顯微鏡下操作，使用針頭小于0.5微米的納米取樣針，將月壤按分組規(guī)則一顆一顆轉(zhuǎn)移到定制的銅坩堝中。申請到的月壤顆粒按密度保守計算，每1毫克樣品中不少于10000個顆粒，因此轉(zhuǎn)移的過程至少重復(fù)了上萬次。
掃描電鏡反復(fù)確認(rèn)、準(zhǔn)確定位所需分離切割的礦物，高能的聚焦離子束從礦物四周進(jìn)行斜向切割，底部斜向“入刀”使目標(biāo)礦物實現(xiàn)和周圍圍巖分離……通過對第一批月壤科研樣品開展系統(tǒng)研究，科研人員終于發(fā)現(xiàn)了新礦物的蹤跡，并測定該礦物的化學(xué)組成。經(jīng)過一系列艱苦工作，研究團(tuán)隊準(zhǔn)確確定該礦物的晶體結(jié)構(gòu)，最終確定了這個新礦物。
“是什么讓我們能抓住這十四萬分之一的機會？”在李子穎等科研人員看來，充分的實驗技術(shù)準(zhǔn)備、扎實的專業(yè)能力和科研素養(yǎng)是重要原因。自“十一五”期間開始，在國家原子能機構(gòu)和中核集團(tuán)等支持下，中核集團(tuán)核地研院陸續(xù)建立了高精尖分析檢測實驗室，能力水平大大提高�！翱创丝痰某删�，與半個多世紀(jì)以來，核地質(zhì)科學(xué)家們不斷探索更多未知的創(chuàng)新實踐息息相關(guān)。”李子穎說。
深化月球樣品研究，為月球成因、演化和深空科學(xué)探測提供重要支撐，帶動一系列相關(guān)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步
月球樣品研究是典型的前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究，將推動帶動一系列相關(guān)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。
中核集團(tuán)黨組成員、總會計師王學(xué)軍介紹，“嫦娥石”的發(fā)現(xiàn)是礦物學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的重大突破，是從0到1的原創(chuàng)性成果，豐富了人類礦物學(xué)寶庫的內(nèi)容，促進(jìn)了礦物學(xué)學(xué)科的發(fā)展，為月球成因、演化和深空科學(xué)探測提供新的重要支撐。
在發(fā)現(xiàn)“嫦娥石”的同時，研究團(tuán)隊還首次準(zhǔn)確測定了嫦娥五號月球樣品中未來潛在的核聚變資源氦-3含量，確定了最佳提取溫度。這為我國后續(xù)月球氦-3資源的遙感預(yù)測和資源總量估算，以及氦-3資源未來開發(fā)和經(jīng)濟(jì)評價提供了基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)。此外，通過系統(tǒng)研究并獲得月壤顆粒的典型形貌特征，也為研究月壤形成提供了科學(xué)依據(jù)。
據(jù)介紹，國家航天局已完成四批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位申請人通過申請。中科院、教育部、自然資源部、中核集團(tuán)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(tuán)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)按程序發(fā)放。隨著對樣品研究的逐步深化，我們預(yù)期一定會有新的更大成果�！眲⒗^忠說。