我國科學(xué)家首次在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物“嫦娥石”(科技自立自強(qiáng))
9月9日,國家航天局、國家原子能機(jī)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(jìn)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(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(duì),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(jī)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(xiàng)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(tuán)隊(duì)為它精心挑選的名字?!笆紫?,這是紀(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(diǎn)(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(tuán)隊(duì)牽頭人、中核集團(tuán)核地研院重大項(xiàng)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(shí)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(tuán)核地研院成為首批獲得月球樣品的13家研究機(jī)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。”中核集團(tuán)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(tuán)隊(duì)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(diǎn)靜電吸附住樣品?!敝泻思瘓F(tuán)核地研院研究員李婷說。在艱難的實(shí)驗(yàn)過程中,研究團(tuán)隊(duì)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。”李子穎說。
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(tuán)隊(duì)再次被難住了?!斑@個顆粒和輝石交互共生在一起,無論實(shí)驗(yàn)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?!拔覀兘y(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。”李子穎介紹,研究團(tuán)隊(duì)最終抓住了十四萬分之一的機(jī)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(tuán)隊(duì)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(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(duì)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(xiàng)。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(shí)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?!眲⒗^忠說。
《 人民日報 》( 2022年09月14日 14 版)
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