“嫦娥石”：中國(guó)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)月球新礦物《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》

科技興則民族興，科技強(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)。我國(guó)始終高度重視科技創(chuàng)新在國(guó)家發(fā)展全局中的重要作用。75年來(lái)，我國(guó)科技事業(yè)取得長(zhǎng)足發(fā)展，成為世界上具有重要影響力的科技大國(guó)。

從 “東方紅一號(hào)”衛(wèi)星成功發(fā)射，到中國(guó)航天員筑夢(mèng)“太空之家”；從第一艘潛艇成功深潛探索，到“奮斗者”號(hào)勇闖萬(wàn)米深淵；從“中國(guó)天眼”成為國(guó)際天文學(xué)界“新秀”，到高海拔宇宙線觀測(cè)站接連取得世界級(jí)發(fā)現(xiàn)……在黨中央堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，一代又一代科技工作者賡續(xù)奮斗，用一大批重要科技成果捍衛(wèi)國(guó)家安全、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

黨的十八大以來(lái)，黨中央把科技創(chuàng)新擺在更加重要的位置，提出大力實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，開啟建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的新征程。

2023年我國(guó)全社會(huì)研究與試驗(yàn)發(fā)展（R&D）經(jīng)費(fèi)投入規(guī)模達(dá)33278億元，比1991年增長(zhǎng)233倍，年均增長(zhǎng)18.6%；2023年我國(guó)按折合全時(shí)工作量計(jì)算的研發(fā)人員總量達(dá)724萬(wàn)人年，較1991年增長(zhǎng)10倍，連續(xù)11年穩(wěn)居世界第一; 截至2023年年底，我國(guó)境內(nèi)發(fā)明專利有效量達(dá)到401.5萬(wàn)件，成為世界上首個(gè)有效發(fā)明專利數(shù)量突破400萬(wàn)件的國(guó)家……

世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織發(fā)布的全球創(chuàng)新指數(shù)顯示，我國(guó)創(chuàng)新能力綜合排名從2012年的第34位躍升至2023年的第12位，成為前30位中唯一的中等收入經(jīng)濟(jì)體。

當(dāng)前，全球科技創(chuàng)新進(jìn)入密集活躍期，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革迅猛發(fā)展，基礎(chǔ)研究不斷拓展人類認(rèn)知邊界，前沿技術(shù)推動(dòng)全球產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)形態(tài)和人類生活方式深刻調(diào)整。從全球格局看，世界百年未有之大變局加速演進(jìn)，高技術(shù)領(lǐng)域成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)最前沿和主戰(zhàn)場(chǎng)。

目前，具有中國(guó)特色的國(guó)家創(chuàng)新體系日益健全，科技體制改革不斷深入，創(chuàng)新要素加速聚集，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展動(dòng)能充沛，科技自立自強(qiáng)有力推進(jìn)，科技強(qiáng)國(guó)建設(shè)步伐穩(wěn)健。我國(guó)將在優(yōu)化重大科技創(chuàng)新組織機(jī)制、統(tǒng)籌強(qiáng)化關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)等方面持續(xù)深化改革，堅(jiān)定不移地走科技強(qiáng)國(guó)之路，向著科技強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)奮勇前進(jìn)。

親歷者

李子穎 中核集團(tuán)首席科學(xué)家、中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院月球研究團(tuán)隊(duì)牽頭人

探月工程成果凝結(jié)著我國(guó)幾代航天人的智慧和心血，從一個(gè)側(cè)面展示了我們這些年在科技自立自強(qiáng)上取得的顯著成就，充分展現(xiàn)了中國(guó)人的志氣、骨氣和底氣。

1978年，中國(guó)科學(xué)家第一次接觸月球樣品，由美國(guó)贈(zèng)送，重量為1克。42年后，2020年12月17日，我國(guó)首個(gè)實(shí)施無(wú)人月面取樣返回的月球探測(cè)器——嫦娥五號(hào)返回器攜帶1731克月球樣品成功返回地面，中國(guó)成為繼美國(guó)和蘇聯(lián)之后第三個(gè)獲取月球樣品的國(guó)家，是世界單次采樣量最大的無(wú)人月球采樣任務(wù)，中國(guó)科學(xué)家第一次擁有屬于自己的地外天體返回樣品。

中國(guó)成為世界第三個(gè)在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國(guó)家

我們?cè)虑驑悠费芯繄F(tuán)隊(duì)是在得知嫦娥五號(hào)成功發(fā)射后，即2020年11月，就結(jié)合自身科研優(yōu)勢(shì)和基礎(chǔ)，首次系統(tǒng)規(guī)劃并提出開展嫦娥五號(hào)月球樣品的研究方向、目標(biāo)和內(nèi)容，制定了技術(shù)流線和方法，確定了“嫦娥五號(hào)月球樣品核能元素研究”方向，形成礦物學(xué)、裂變和聚變?cè)赝凰氐染糯罂茖W(xué)研究問(wèn)題。

月球樣品的申請(qǐng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。2021年6月，嫦娥五號(hào)第一批樣品開放申請(qǐng)，一共有23家高校和科研院所的85份申請(qǐng)通過(guò)初審，最終有13家單位的31份申請(qǐng)通過(guò)評(píng)審，通過(guò)率僅為36.5%。

2021年7月，我們團(tuán)隊(duì)成功申請(qǐng)到第一批月球科研樣品——50毫克月壤，成為全國(guó)首批開展月球樣品科研工作的單位之一，正式開啟“月球探尋”之旅。

月球樣品具有極微小、極微量、珍貴且?guī)ъo電的特點(diǎn)。“嫦娥石”的發(fā)現(xiàn)過(guò)程也極具挑戰(zhàn)性。

我們第一次研究的樣品是粉末樣，呈灰黑色，細(xì)度像面粉，由各種礦物組成，想要深入研究，首先面臨的挑戰(zhàn)是分樣，就是根據(jù)研究把粘連、混雜在一起的顆粒們分離。

月壤樣品極其珍貴，我們可以研究消耗的樣品量?jī)H20毫克。在開啟樣品之前，我們制定了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，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(duì)不同實(shí)驗(yàn)如何分裝、如何轉(zhuǎn)移等，并且實(shí)行全過(guò)程記錄。

挑樣是這次研究的又一大挑戰(zhàn)。本次實(shí)驗(yàn)需要將月壤按粒度和礦物種類分為7個(gè)組別。在顯微鏡下操作，使用針頭直徑小于0.5微米的取樣針，將月壤一顆一顆挑選。本次申請(qǐng)到的月壤顆粒的尺寸集中在1微米到150微米之間，大多在10微米左右，按密度保守計(jì)算，每1mg樣品中包含不少于10000個(gè)顆粒。這些顆粒中，小的不足頭發(fā)直徑的1/100，大的也只有一根頭發(fā)粗細(xì)，團(tuán)隊(duì)和這些顆粒死磕了兩個(gè)多月，挑選任務(wù)才終于完成。

確定一個(gè)礦物是否屬新礦物有兩個(gè)要素，一是準(zhǔn)確分析它的成分，二是鑒定其結(jié)構(gòu)。

在開展第一批月壤樣品研究時(shí)，科研人員通過(guò)對(duì)數(shù)十萬(wàn)個(gè)平均大小僅10微米的月壤顆粒開展礦物學(xué)研究。在大量成分分析的過(guò)程中，憑借專業(yè)敏感性，我們發(fā)現(xiàn)一顆不足10微米的月壤顆粒具有異常的成分，并鎖定其作為疑似新礦物。

這些礦物顆粒太小，在現(xiàn)有儀器設(shè)備探測(cè)能力下，難以滿足獲取理想的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。由于我們第一次申請(qǐng)的樣品量有限，全部研究?jī)H允許消耗使用最多20毫克，2021年11月，我們?cè)俅紊暾?qǐng)并獲批第二個(gè)光片樣品，15毫克，并對(duì)該樣品中14萬(wàn)多個(gè)顆粒進(jìn)行全面分析。

令人興奮的是，科研人員再次發(fā)現(xiàn)了具同類成分的礦物顆粒，但它與其他礦物長(zhǎng)在一起。切割分離出所需礦物晶體，且必須一次成功，這是另一重大挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)反復(fù)論證和多次模擬實(shí)驗(yàn)，最終采用納米級(jí)分割技術(shù)，成功切割分離出一顆10×7×4微米的單晶，分析鑒定出它的晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)系統(tǒng)詳盡的礦物學(xué)研究，最終成功確定其是一種從未被發(fā)現(xiàn)過(guò)的富稀土的磷酸鹽新礦物，其理想化學(xué)式為（Ca8Y）□Fe2+（PO4）7，呈自形到半自形的柱狀和針狀，無(wú)色透明具玻璃光澤，脆性，有貝殼狀斷口。

2022年8月3日，經(jīng)過(guò)來(lái)自不同國(guó)家的20位礦物學(xué)家評(píng)審?fù)镀?，新礦物獲得國(guó)際礦物學(xué)會(huì)（IMA）新礦物命名及分類委員會(huì)（CNMNC）正式批準(zhǔn)，批準(zhǔn)號(hào)為IMA2022-023a。它是我國(guó)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)月球新礦物，也是人類在月球上發(fā)現(xiàn)的第六個(gè)新礦物，中國(guó)成為世界上繼美國(guó)、蘇聯(lián)后，第三個(gè)在月球發(fā)現(xiàn)新礦物的國(guó)家。

用“嫦娥”命名，體現(xiàn)中國(guó)科技突破和文化自信

發(fā)現(xiàn)新礦物后，我們又面臨一個(gè)新任務(wù)——給新礦物命名。我提出叫“嫦娥石”，按照命名規(guī)則，英文名應(yīng)為Changeite。但該名稱和已有礦物Changoite相似，沒(méi)有被批準(zhǔn)。為此，我們得重新考慮名稱，但是我和團(tuán)隊(duì)都堅(jiān)持用“嫦娥”來(lái)命名，英文遵循漢語(yǔ)拼音，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)推敲，最終確定了Changesite這個(gè)名字，即在Change（嫦娥）和ite（表示礦物的后綴）之間加了字母S，意為嫦娥的石頭，這個(gè)新名稱很快得到新礦物命名委員會(huì)的批準(zhǔn)。

取名“嫦娥石”，一是紀(jì)念中國(guó)嫦娥探月工程首次取回月球樣品；二是發(fā)音更接近中文“嫦娥石”發(fā)音，外國(guó)人也好發(fā)音；三是 “S”均是中文“石”和英文“Stone”的第一個(gè)字母，“石”通常是大眾對(duì)“礦物巖石”的總稱；四是名稱Changesite可分成Change（嫦娥）和site（地址），可理解為嫦娥住地，即月球，又可解釋為嫦娥五號(hào)月球落地點(diǎn)；五是名稱也可理解為Change（改變）和site（地址），可引申為此次中國(guó)嫦娥五號(hào)與之前Apollo（美國(guó)）和Luna（蘇聯(lián)）的落月地點(diǎn)都不同。

“嫦娥石”這個(gè)名字，既有中國(guó)人獨(dú)有的浪漫，也是我們團(tuán)隊(duì)對(duì)中國(guó)航天事業(yè)的致敬，更是我國(guó)科技突破和文化自信的體現(xiàn)。

“嫦娥石”礦物學(xué)研究表明，“嫦娥石”的晶體結(jié)構(gòu)具有容納大離子半徑的親石元素和稀土元素的能力，其中稀土元素含量高達(dá)7%，且為嫦娥五號(hào)樣品中較常見的礦物，為分析月球稀土元素地球化學(xué)特征與月球起源和演化提供了重要研究對(duì)象。

該礦物的發(fā)現(xiàn)豐富了礦物學(xué)和天體地球化學(xué)的內(nèi)容，書寫了我國(guó)星體探測(cè)和天體月球科學(xué)研究新篇章，為月球成因、演化和深空科學(xué)探測(cè)提供新的重要支撐。更重要的是，它不但體現(xiàn)了我國(guó)的現(xiàn)代科技和工程水平已經(jīng)位居世界前列，也是我國(guó)科學(xué)家在新時(shí)代為人類月球探測(cè)和深空探測(cè)作出的新貢獻(xiàn)。

目前，我們團(tuán)隊(duì)也已做好充分準(zhǔn)備，將對(duì)嫦娥六號(hào)帶回的月球樣品進(jìn)行研究，由于此次帶回的樣品首次來(lái)自“神秘之地”月背，科學(xué)意義更加重大，我們也期待更大的突破。

責(zé)編：郭霽瑤 guojiyao@ceweekly.cn

美編：孟凡婷