月球嫦娥石發(fā)現(xiàn)記

9月9日，北京阜成路甲8號（國家航天局和國家原子能機構(gòu)所在地）向外界宣布中國科學(xué)家首次在月球發(fā)現(xiàn)新礦物，命名為“嫦娥石”。這也是國際上發(fā)現(xiàn)的第6個月球新礦物。

它的發(fā)現(xiàn)改變了我國月球礦物探索歷史，使我國成為世界上第3個發(fā)現(xiàn)月球新礦物的國家。

58歲的中核集團核工業(yè)北京地質(zhì)研究院（以下簡稱“地研院”）月球研究團隊牽頭人李子穎，站在發(fā)布會上難掩激動之情，就是他帶領(lǐng)團隊經(jīng)過了1年多的努力，發(fā)現(xiàn)了這種月球新礦物。

打開，1?！按竺住钡氖澜?/p>

坐在桌前，盯著顯微鏡，用一根纖細(xì)的納米取樣針，反復(fù)去試圖剝?nèi)∫活w0.000001毫克不到的顆粒……這個動作已經(jīng)持續(xù)了不止兩個小時，此刻，地研院研究員李婷身體僵直、眼睛酸脹。但她不想放棄，這個在顯微鏡下都可能倏忽不見的“小東西”，實在太珍貴了。

被她稱作“小東西”的就是嫦娥五號月壤樣品。

2020年12月17日，嫦娥五號攜帶1731克月球樣品返回地球。對月球樣品的申請，競爭異常激烈，一共有23家高校和科研院所的85份申請通過初審，經(jīng)現(xiàn)場答辯，最終僅13家單位31份申請通過評審，通過率僅為36.5%。

2021年7月12日，第一批50毫克的月壤抵達(dá)地研院。

黃志新至今記得這個日子，這位地研院第一批月球樣品負(fù)責(zé)人告訴記者：“這50毫克中，我們簽訂的協(xié)議規(guī)定只能損耗20毫克?！?0毫克是什么概念？“大概就是1顆大點兒的米粒吧。”

分樣在超凈室中進行，兩人一起進入操作，需要穿著專用的實驗服和手套，全程由攝像頭監(jiān)控。在開啟樣品之前，團隊制訂了實驗計劃，包括取樣步驟、取出的樣品量、分為多少份、每份各自多少量、針對不同實驗如何分裝、如何轉(zhuǎn)移等。

在此次月壤研究中，李婷需要將成千上萬的微小顆粒按實驗設(shè)計挑選分類?！胺秩∈褂玫奶炱绞前偃f級天平，可以精確到0.001毫克。最困難的是要稱取數(shù)份0.1毫克樣品——一顆綠豆大約80毫克，相當(dāng)于他們需要取1/800顆綠豆，手稍稍抖一下就超量了?！崩铈谜f。

她告訴記者，如此少的樣品必須盡量一次性稱準(zhǔn)。每次稱量都先是目估，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。

“通常我們挑選地球樣品時，可以將凡士林等有一定黏性的物質(zhì)涂抹在針上幫助‘蘸取樣品，再穩(wěn)妥地轉(zhuǎn)移到其他地方。而月壤的挑選不允許引入外來‘污染，只能靠針尖和顆粒之間摩擦產(chǎn)生的一點靜電吸附住樣品，經(jīng)常針尖推著樣品在玻璃片上來回跑，就是取不起來，每每這個時候都既絕望又崩潰。”李婷說。

只能深呼吸，穩(wěn)住崩潰的情緒和僵硬的肩膀，一遍遍嘗試。這些顆粒中，小的不足頭發(fā)直徑的1/100，大的有一根頭發(fā)粗細(xì)。一次又一次地失敗重來，和這批樣品“死磕”了兩個多月，“小東西”終于被李婷手中玻璃絲的細(xì)尖捕獲——新礦物取樣成功！

反復(fù)的操作，讓李婷對月壤樣品的了解格外深刻，面對這批樣品分析獲得的大量數(shù)據(jù)時，這個心細(xì)的姑娘有了一個重大發(fā)現(xiàn)：“有一種含鈣的磷酸鹽礦物，它含有的稀土元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我們以往認(rèn)識的此類礦物結(jié)構(gòu)中可以達(dá)到的數(shù)量，意味著這是一顆我們認(rèn)知以外的新礦物?！?/p>

然而，它在哪里？這種礦物太少太小，在這批樣品中無法找到一顆較好的顆粒能夠讓科研團隊破譯它的結(jié)構(gòu)。

破譯，十四萬分之一的可能

2021年隆冬的一個周六，整棟辦公樓都空空蕩蕩的。

“安靜、喘氣的聲音都清晰可聞?！痹趯嶒炇倚⌒囊硪矶冗^的這8個小時，讓鐘軍至今記憶猶新。就是那一刻，他所在的地研院月球團隊成功分離出了一粒微米級礦物，為他們的新發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

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，掃描電鏡的倉口探入比頭發(fā)絲還細(xì)的鎢針，聚焦離子束對鎢針整形后，用鉑蒸汽將其焊接到分離的目標(biāo)礦物之上，采集完的目標(biāo)礦物從儀器艙中取出，放入特制的樣品保管“膠囊”，將其帶至下一步開展晶體結(jié)構(gòu)分析的實驗室……

通過對第一批月壤科研樣品開展系統(tǒng)研究，團隊發(fā)現(xiàn)了新礦物的蹤跡，并測定該礦物的化學(xué)組成，但由于新礦物顆粒太小太少，一直無法獲得新礦物的理想晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)，必須要借助新的月壤樣品進一步尋找符合條件的大顆粒標(biāo)本，才有可能全面證實。

作為“接棒人”，鐘軍圍繞核能鈾釷裂變元素研究主題，反復(fù)斟酌挑選了擬申請的最為合適的月球樣品。他閱讀了大量文獻(xiàn)，和團隊成員反復(fù)探討，不斷優(yōu)化和完善借用申請及匯報材料。

最終，他們的材料從240多份申請中脫穎而出，成功借用到1件月球光片樣品。

鐘軍回憶，一拿到光片，科研團隊立刻采用原位微區(qū)測試分析方法開展礦物尺度的研究，首先對整個樣品的所有礦物進行了快速面掃描，在接近十四萬個的礦物/巖屑顆粒中，成功“抓取”了幾顆僅有頭發(fā)絲直徑1/10大小的富含稀土的磷酸鹽礦物顆粒。

“要想驗證新礦物的存在，就要把這幾個顆粒切出來，作礦物單晶的晶體結(jié)構(gòu)精確解譯。而相對較大、平面上看成分較純的，適合我們作解構(gòu)的潛在目標(biāo)礦物僅有3粒，極為細(xì)小稀有?！辩娷娬f。

最終，確定了唯一一顆可用于后續(xù)驗證的顆粒。

李婷所帶的礦物研究團隊，利用單晶X射線衍射儀對潛在的新礦物，開展了后續(xù)的精細(xì)結(jié)構(gòu)解譯，確定了這個新礦物。

這并不是地研院在地質(zhì)分析中所發(fā)現(xiàn)的第一個新礦物。過去3年，李婷所在的團隊已經(jīng)先后主導(dǎo)和參與發(fā)現(xiàn)了5種地球新礦物。

溯源，科學(xué)探索背后無限的好奇心

2020年11月，在李子穎帶領(lǐng)下，地研院月球研究團隊經(jīng)過無數(shù)次研究討論后，確定了以月球核能裂變和聚變元素為主要研究方向。隨后，地研院組建了月球樣品分析檢測實驗室。

“這是一條相當(dāng)漫長而曲折的道路，無論經(jīng)費、時間、精力，所有的投入都必然是有限的，而唯一無限的是科學(xué)家的好奇心。”在李子穎的眼中，看待此刻的成就，絕不能僅局限于拿到月壤后做了什么，更是與半個多世紀(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)。

“新礦物獲得批準(zhǔn)了，但名稱沒有通過?！?/p>

今年6月底，當(dāng)李子穎將這個消息告訴團隊成員時，大家的心都是猛地一跌。

“嫦娥石”是這支團隊為它精心挑選的名字。而與之相應(yīng)的英文名字“changeite”，因為與此前已發(fā)現(xiàn)的礦物“changoite”太接近，而被否決。名稱沒通過，就意味著這項成果暫時還無法發(fā)布。

稍作修改后，“changesite”這個名字帶著更豐富的內(nèi)涵被提交了上去。

“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（ChangE）的居住地（site），即月球;同時也表明該礦物取自嫦娥五號的降落點;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?！崩钭臃f說。

團隊將新的英文名稱提交申請了。等了一個多月，該礦物獲得國際礦物協(xié)會新礦物命名及分類委員會的批準(zhǔn)，最終名稱為“嫦娥石”，英文Changesite-（Y）。

從此，月亮上有了嫦娥石。

（摘自《中國青年報》邱晨輝、楊阿卓）