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我国科学家首次在月球上发现新矿物“嫦娥石”

来源:人民日报2022-09-14 09:32

  “嫦娥石”理想晶体图。(中核集团核地研院供图)

  9月9日,国家航天局、国家原子能机构联合宣布,中国科学家首次在月球上发现新矿物,并命名为“嫦娥石”。该矿物是人类在月球上发现的第六种新矿物,我国成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家,这也是嫦娥五号月球样品研究取得的又一重大科学成果。

  距地球38万公里的月球之上,“嫦娥石”存在于哪里?是如何被发现的?我国月球样品研究还有哪些新进展?

  发现于嫦娥五号月球样品的玄武岩碎屑中,是一种新的磷酸盐矿物

  专家介绍,“嫦娥石”发现于嫦娥五号月球样品的玄武岩碎屑中,是一种新的磷酸盐矿物,属于陨磷钠镁钙石族。呈柱状晶体,颗粒大小为2—30微米。

  中核集团核工业北京地质研究院(以下简称中核集团核地研院)月球样品研究团队,通过X射线衍射等一系列技术手段,在14万个月球样品颗粒中,分离出一颗粒径约10微米大小的单晶颗粒,并成功解译其晶体结构。经国际矿物学会(IMA)新矿物命名及分类委员会(CNMNC)投票通过,确证为一种新矿物。据介绍,该矿物是人类在月球上发现的第六种新矿物。

  “新矿物的发现,为月球形成和演化提供了更多基础科学数据,深化了人类对月球和太阳系的认知。”国家原子能机构副主任董保同表示,这是我国在空间科学领域取得的一项重大科学成果,也是跨行业跨专业协同合作的一次成功探索。

  “嫦娥石”的英文名称为Changesite—(Y),是研究团队为它精心挑选的名字。“首先,这是纪念我国嫦娥探月工程首次取回的月球样品;其次,它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);最后,‘S’既是中文拼音‘石—Shi’又是英文‘石—Stone’开头的第一个字母,从发音上也更接近‘嫦娥石’,国内国际都很好理解。”团队牵头人、中核集团核地研院重大项目总师李子颖介绍。

  据介绍,“嫦娥石”是继“广寒宫”“织女”“河鼓”等35个月球地理实体命名后,月球科学探索领域又一具有中国文化特色并被国际社会认可的月球相关名称,再次展示了科学技术与文化艺术融合的中国式浪漫。

  统计了14万个月球样品颗粒,经过详尽矿物学研究

  “嫦娥石”的发现过程并不轻松。

  2021年7月,嫦娥五号月球样品面向全社会开放申请,中核集团核地研院成为首批获得月球样品的13家研究机构之一。研究人员小心翼翼捧回50毫克的月球样品。

  “相当于3颗米粒的重量,而且根据协议,月壤研究过程中,只允许20毫克的损耗。”中核集团核地研院第一批月球样品责任人黄志新研究员说。然而,在显微镜下观察,1毫克月壤又拥有上万个颗粒,“月壤每一颗都非常珍贵,研究团队是一颗一颗挑选着、计算着使用。”黄志新说。

  “月壤的挑选不允许引入外来物质污染,只能靠针尖和颗粒之间摩擦产生的一点静电吸附住样品。”中核集团核地研院研究员李婷说。在艰难的实验过程中,研究团队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。“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。”李子颖说。

  一种矿物要被确定为新矿物,除了需要提供化学成分信息,还需要提供晶体结构信息。研究团队再次被难住了。“这个颗粒和辉石交互共生在一起,无论实验手段还是后期的数据处理都没有办法把辉石剔除干净,一直没有获得理想的结构数据。”李婷说。

  科研人员将目光投向了申请到的第二个月壤光片样品。“我们统计了样品上14万个颗粒,找到了一些‘嫦娥石’的踪迹,但有希望测到单晶结构的只有一颗,而这一颗还裂成了3小块。”李子颖介绍,研究团队最终抓住了十四万分之一的机会,使用聚焦离子束电镜切出了一颗纯单晶颗粒,然后将颗粒转移到单晶衍射仪上收集数据,最后解译出“嫦娥石”的晶体结构。

  经过一系列的拉曼光谱分析、晶体光性描述、物理性质计算等系统详尽的矿物学研究,2021年底,研究团队确定,这是一种从未被发现过的磷酸盐矿物,揭开了“嫦娥石”的神秘面纱。

  月球样品研究持续开展,对认识月球起源与演化等有重要意义

  2020年12月17日,嫦娥五号携带1731克月球样品返回地球。

  据介绍,国家航天局已完成4批152份共计53625.7毫克的月球样品发放,有33家科研单位的98名申请人通过申请。中科院、教育部、自然资源部、中核集团等多个单位获批承担月球样品研究工作,国外科学家、留学生也参加了联合研究。

  探月工程副总指挥、探月与航天工程中心主任刘继忠介绍,各科研团队都积极开展研究工作,取得了显著成果。目前已在国内外著名学术期刊上发表文章23篇,申请专利1项。近期发布的成果主要包括岩浆分异、太空风化、氦—3气体以及生物能转化等方面,对认识月球起源与演化,探寻月球资源的有效利用以及实现“零能耗”的地外环境和生命支持系统具有重要启示意义。

  目前,关于月球科研样品的研究还在持续开展,第五批样品申请已完成评审,后续将按程序发放。“随着对样品研究的逐步深化,我们预期会有新的更大成果。”刘继忠说。(记者 冯 华)

[ 责编:张佳兴 ]
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