發(fā)現(xiàn)月球新礦物“嫦娥石”為研究月球形成提供有力科學(xué)支撐

月壤實(shí)驗(yàn)員工作場景

“嫦娥石”一個古老又浪漫的名字，被賦予美好的寓意與想象，是月球饋贈給人類的禮物，是一種新型的礦物。

近日，月球土壤探測工程又迎來好消息。國家航天局與國家原子能機(jī)構(gòu)共同公布“嫦娥五號”的最新科研成果：在月球上發(fā)現(xiàn)第6種新型礦物，并將其命名為“嫦娥石”，英文名為Changesite-（Y）。該成果獲國際礦物協(xié)會新礦物分類及命名委員會批準(zhǔn)。

該成果由中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院取得。40多年來，中核集團(tuán)都為探測月球土壤樣品提供堅實(shí)的技術(shù)保障。自1978年起，集團(tuán)就開始測定美國送給中國月壤樣品中的36種元素，其也一直積極對月壤樣品進(jìn)行不同的分析測定實(shí)驗(yàn)，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

“嫦娥石”理想晶體圖

從月壤里“挖”新礦，地質(zhì)探索走向“深空”，“嫦娥石”的發(fā)現(xiàn)使中國成為第三個發(fā)現(xiàn)月球新礦物的國家。

研究月球礦石樣品是探月工程的重要任務(wù)之一。研究院通過X射線衍射等高端的技術(shù)手段，對月球土壤的樣品進(jìn)行了研究與成分分析。

新礦物發(fā)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)的成員李婷對媒體表示：“我們從14萬份月壤樣品的微小顆粒之中，剝離出直徑10微米的單晶顆粒樣品，并成功破譯出該晶體的結(jié)構(gòu)。”

月球樣品顯微鏡照片

分析結(jié)果表明，“嫦娥石”是磷酸鹽礦物（金屬元素與磷酸根相結(jié)合的化合物），在“嫦娥五號”帶回地球的月壤玄武巖碎屑中被發(fā)現(xiàn)，外表呈柱狀晶體結(jié)構(gòu)，作為新型磷酸鹽礦物，屬于隕磷鈉鎂鈣石族。

作為一種復(fù)雜的混合礦物，“嫦娥石”的晶體結(jié)構(gòu)屬于三方晶系，尺寸約2微米～30微米，混合礦物有鐵橄欖石、單斜輝石、鈦鐵礦、玻璃等。

此項(xiàng)科研成果的獲得過程漫長而曲折。

團(tuán)隊(duì)針對“嫦娥五號”月壤顆粒的形貌特征全方位的研究，最終獲得“嫦娥五號”月壤顆粒特殊構(gòu)成的過程，為月壤形成的相關(guān)研究提供了有力科學(xué)證據(jù)，也為分析土壤成分實(shí)驗(yàn)的開展做出相應(yīng)鋪墊。

在實(shí)驗(yàn)的操作過程中，實(shí)驗(yàn)人員會用針尖觸動樣品在玻璃片上運(yùn)動，但就是無法吸附住樣品，只能一次又一次地不斷嘗試。最艱難的實(shí)驗(yàn)過程是挑選月球樣品，由于實(shí)驗(yàn)的特殊性，不能夠引入絲毫外來的雜質(zhì)“污染”。這個過程極其考驗(yàn)科研人員的耐心與技術(shù)。

據(jù)測量，最小的樣品顆粒大小不足頭發(fā)直徑的一百分之一，極其微小，這為樣品的稱重帶來了相當(dāng)大的難度。樣品的稱重過程也需要極其精確，分取樣品使用的天平是百萬級天平。準(zhǔn)確度能夠精確至0.001毫克。

實(shí)驗(yàn)在艱難中進(jìn)行了兩個月之久，終于解決了樣品的挑選與稱重難題。

實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)工作場景

在對月壤樣品挑選與稱重后所獲取的海量數(shù)據(jù)分析時，實(shí)驗(yàn)員驚喜地發(fā)現(xiàn)樣品中含有一種含鈣磷酸鹽礦物。它之中的稀土元素含量遠(yuǎn)高于同類礦物，是一種超出認(rèn)知的新型礦物。

新礦物的判定條件有兩個：晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。

研究人員為破解樣品的晶體結(jié)構(gòu)，首先用聚焦離子束電鏡切割出尺寸為10×7×4微米純凈單晶體微粒（不足普通人頭發(fā)絲平均長度的十分之一），再將之放置在單晶衍射儀上，以收集數(shù)據(jù)。

最后，研究小組又對樣品進(jìn)行拉曼光譜分析等復(fù)雜檢測過程，判定樣品為新的磷酸鹽礦物。

在月壤中形成“嫦娥石”需要特殊的環(huán)境條件。未來，科學(xué)家通過對“嫦娥石”形成條件的進(jìn)一步研究，能夠倒推出月球演化過程中經(jīng)過了哪些特殊的過程，對認(rèn)識月球起源與演化意義重大，為研究月球的形成提供有力的科學(xué)支撐。