嫦娥石：中國首次發現的月球新礦物

◎記者 代小佩 付毅飛

中秋前夕，國家航天局、國家原子能機構聯合在京釋出嫦娥五號最新科學成果：中核集團核工業北京地質研究院（以下簡稱核地研院）在月球樣品研究中發現新礦物，並將其命名為“嫦娥石”。

嫦娥石是我國第一次發現的月球新礦物，也是國際上發現的第六個月球新礦物。它的發現改變了我國月球礦物發現歷史，使我國成為世界第三個發現月球新礦物的國家。

鎖定疑似新礦物

2021年6月，嫦娥五號月壤樣品向全社會開放申請。2021年7月12日，核地研院以“裂變聚變核能元素研究”為主題，獲批成為首批開展嫦娥五號月壤科研樣品研究的單位之一，獲得月壤科研樣品50毫克。

“按照要求，在研究過程中，我們對月壤的消耗量不能超過20毫克。這意味著，我們能用於研究的月壤大約只有5顆芝麻粒那麼多。”核地研院研究員、第一批月球樣品負責人黃志新說。

拿到這份來自月球的珍貴禮物後，研究團隊迅速對月壤粉末樣品開展礦物學研究。其間，他們發現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，甚至不到一根頭髮絲直徑的1/10。“我們對這個顆粒進行化學成分分析後發現，它的化學成分是全新的，在人類已知的礦物中，沒有一種與它的化學成分組成一致。這提示我們，它可能是一種新的礦物。”核地研院研究員、月球研究團隊研究骨幹李婷說。

除了擁有全新的化學組成，一種礦物要被確定為新礦物，還需要提供晶體結構資訊。

為了解開這道“必答題”，研究團隊首先得把與疑似新礦物共生的已知礦物輝石剔除乾淨。但無論使用實驗手段還是後期的資料處理，都沒有辦法清除這顆微小顆粒上的輝石。

由於沒辦法獲得理想的結構資料，新礦物的研究按下暫停鍵。

在針尖上舞蹈

很快，事情迎來轉機。

2021年7月29日，國家航天局正式公佈第二批月球科研樣品計劃，核地研院團隊積極申請，獲得了一件光片樣品。這次的樣品僅15毫克左右，大約相當於三四顆芝麻粒大小。

15毫克的月壤裡，會藏著怎樣的秘密？

在第一個樣品的基礎上，研究團隊統計了第二個樣品靶上14萬餘個顆粒，終於找到了疑似新礦物的一些蹤跡。但有希望測到單晶結構的只有一顆，而這一顆還裂成了三小塊。

這種情況下，解譯疑似新礦物的晶體結構，無異於是針尖上的舞蹈。

在分析之前，要先對月壤進行分類再進行研究。不能用儀器進行分類，因為儀器上會附著月壤，造成浪費。所以，研究人員需要手工進行分類。為了不引入外來雜質，分類時，他們只能靠針尖摩擦提取月壤顆粒，或者利用顆粒的凹槽去“捉”。“捉”的時候，顆粒常常在玻片上到處“跑”。

用比頭髮絲還細的玻璃絲分揀肉眼不可見的礦物，考驗眼力也考驗手上功夫。連續兩個多月，李婷對著顯微鏡一坐就是一整天，一個動作重複上萬次，最終完成了礦物分選和挑選工作。

團隊使用聚焦離子束電鏡切出了一顆10×7×4微米的純單晶顆粒，然後將顆粒轉移到單晶衍射儀上收集衍射資料，最後解譯出疑似新礦物顆粒的晶體結構。

他們對疑似新礦物進行了拉曼光譜分析、晶體光性描述、物理性質計算等。2021年底，透過系統詳盡的礦物學研究，研究團隊確定，這是一種從未被發現過的磷酸鹽新礦物。這種礦物的晶體結構屬三方晶系，空間群R3c，呈微小柱狀。

有中國特色的命名

最開始，核地研院將月球新礦物命名為“嫦娥石”，英文名暫定為Changeite-（Y）。報告提交給國際礦物協會新礦物分類及命名委員會。

沒想到，新礦物獲得批准了，但名稱沒有透過。因為嫦娥石的英文名Changeite-（Y）和一種已知礦物的英文名Changoite太相似。

反覆思考後，他們找到了一個既有中國特色也符合國際慣例的英文名字——Changesite。

這是紀念我國嫦娥工程首次取回的月球樣品，明確了該礦物來自中國傳統神話嫦娥（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（site）。此外，S既是中文“石”的拼音首字母又是英文“Stone（石頭）”首字母。該名字最終獲得國際礦物協會新礦物命名及分類委員會透過批准。

除了成功發現月球新礦物，核地研院還獲得了嫦娥五號月壤中未來聚變能源資源——氦-3含量和提取引數，為我國後續月球氦-3資源的遙感預測和資源總量估算，以及氦-3資源未來開發和經濟評價提供了基礎科學資料。

此外，研究團隊還系統獲得了嫦娥五號月球樣品的形貌及礦物組成，為研究月球演化和形成提供了有力支撐。