寻石记——发现嫦娥石

09-14

嫦娥石什么样？

最终，他们在聚焦离子束电子显微镜的帮助下，在14万个颗粒中成功分离出一颗粒径约10微米、不到普通人头发平均直径十分之一大小的单晶颗粒。整个过程用了8个小时，但他们的兴奋持续了更久。“我们俩晚上回实验室的时候，还一直在路上聊这个，非常开心。”钟军回忆道。

此次月壤样品研究，还首次成功获得嫦娥五号月壤中未来聚变能源资源——氦-3含量和提取参数，为我国后续进行月球氦-3资源的遥感预测和资源总量估算，以及氦-3资源未来开发提供了基础科学数据。此外，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。

本报记者陈海波

两年前，嫦娥五号带回了1731克月球“土特产”。日前，人们又得到了来自月球的礼物——嫦娥石，一种全新的矿物。

“我们能做什么？”

为了尽量不因挑样而改变月壤矿物组成以及减少样品损失，这个步骤需要在显微镜下操作完成。科研人员使用针头小于0.5微米的纳米取样针，将月壤一颗一颗地转移到对应的铜坩埚中，这个动作至少得重复上万次。

每种矿物都有其特殊的化学成分（即由哪些元素构成）和晶体结构（即元素是如何排列的），这是它们身份的标志。因此，发现一个新矿物，必须搞清楚它的化学成分和晶体结构。

“但是我们没有放弃。”李婷说。

李婷发现的疑似新矿物，是一颗不足10微米的月壤颗粒。他们马上开展了针对性的系统研究，并测定了该矿物的化学组成。如果再进一步获取它的理想晶体结构参数，那就可以证实这是一个全新的矿物。

就这样，李婷与这些月壤“死磕”了两个多月。在“死磕”中，她对月壤有了更深的了解。当分析因此获得的大量数据时，她发现月壤中有一种含钙的磷酸盐矿物。它含有的稀土元素，远远高于人们以往认识的此类矿物结构中可以达到的数量。

由于颗粒太小，且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，因此一直没法获得理想的晶体结构数据。

作为我国唯一的综合型铀矿地质科研机构，过去60多年里，核地研院的科研人员一直在地球上找石头——铀矿石。嫦娥五号将带着月球土壤返回地球，这让他们有了新的想法和追求。

“通常我们挑选地球样品时，可以将凡士林等有一定黏性的物质涂抹在针上帮助蘸取样品，再稳妥转移到其他地方。而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。”李婷向记者回忆当初的工作情形，将其形容为“针尖上的舞者”。

带着一种迫不及待的心情，他们随后对这个单晶颗粒开展解译工作，获得了它的晶体结构，成功确定这是一种从未被人类发现过的矿物——嫦娥石，这是他们取的名字。“纪念我们国家的嫦娥工程，也表达我们对航天事业的敬意。”李子颖说。

“针尖上的舞者”

“对我们来说，发现月球新矿物是偶然，也是必然。”李婷说，近十年来，核地研院主导和参与发现17种新矿物，储备了扎实的矿物学知识和先进的研究技术。

他们申请获得了第二批月球样品——月球光片样品，继续开展研究。这个样品大约有14万个颗粒，他们从中再次找到了新矿物的踪迹。但是，有希望测到单晶结构的颗粒只有一颗，而这一颗还裂成了三小块。要想验证新矿物的存在，必须把它分离出来，进行晶体结构的精确解译。

20毫克是什么概念？“大概相当于1颗大点的米粒。”他说，用好每一个颗粒、确保极低的样品损失量是团队每个人的共识。

十四万分之一的机会

“月球样品研究，是典型的前沿基础科学研究，它能推动和带动一系列相关科学技术进步。”核地研院月球研究团队牵头人李子颖说。

“以往，地球样本相对好获取，样本数量很大，有挑选的余地。可是月壤不一样，是极其珍贵的，即使这么微小的颗粒，也不能白白损耗掉。”核地研院研究员李婷告诉记者。

找到这个礼物的，是一群特殊的人——中核集团核工业北京地质研究院（以下简称核地研院）科研人员。60多年前，这些地质科研人员在地球上找铀矿。如今，他们从月球的土壤里找新矿，从“深地”走向“深空”。

“我们能做什么？”这是2020年11月24日嫦娥五号成功发射后，一群地质科研人员的思考。

根据不同的实验目的，科研人员需要将月壤按粒度和矿物种类分成7组——将成千上万的微小月壤颗粒，按分组规则挑选出来，然后放入不同的试验器皿。