嫦娥石！我国首次发现月球新矿物

　　来源：【科学网】
　　9月9日，国家航天局、国家原子能机构联合在京发布嫦娥五号最新科学成果。国家原子能机构副主任董保同在发布活动上宣布，中国科学家首次在月球上发现的新矿物，被命名为嫦娥石（Changesite（Y））。这是我国在空间科学领域取得的一项重大科学成果，也是核与航天跨行业、跨专业合作的一次有力探索。
　　嫦娥石我国发现的首个月球新矿物，也是人类发现的第六个月球新矿物，这次新发现使我国成为世界第三个发现月球新矿物的国家。
　　此次系列新发现还带动了新技术新方法的发展，推动了矿物学的进步，为月球演化、资源开发利用，以及未来深空探测等提供科学支撑。中核集团核工业北京地质研究院（以下简称核地研院）嫦娥五号月球科研样品研究团队负责人总师李子颖告诉《中国科学报》。
　　嫦娥石：来自月球的新矿物
　　开展月球样品科学研究是实施探月工程的主要目标任务之一。经过激烈地竞争，核地研院获批成为第一批开展月球样品科学研究的单位之一，先后获得了365克月球样品。
　　根据研究计划，科研人员首先对首批50毫克样品进行矿物学研究。
　　我们对数十万个平均大小仅10微米的月壤颗粒进行化学成分测定，发现有一类微小的颗粒，化学成分和所有已知矿物成分都不相同，它的稀土含量特别高，经过反复查阅文献，以及多年的专业敏感性，我们意识到这有可能是新矿物。新矿物发现团队成员、核地研院研究员李婷告诉《中国科学报》。
　　判断是否是一个新矿物，有两个必要条件：化学成分和晶体结构。于是，紧接着，李婷和团队成员们立即着手结构测定。
　　然而，那时这一新矿物是一个10微米左右的颗粒，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，因此一直没有获得理想的结构数据。
　　一个多月后，核地研院申请到第二批月壤样品。团队统计了样品靶上14万多个颗粒，又找到了一些新矿物的踪迹，但有希望测到单晶结构的只有一颗，而这一颗还裂成了三小块。最终团队使用聚焦离子束电镜切出了一颗1074微米的纯的单晶颗粒，然后将颗粒转移到单晶衍射仪上收集衍射数据，最后解译出了晶体结构。
　　随后，团队对其进行了拉曼光谱分析、晶体光性描述、物理性质计算等，通过系统详尽的矿物学研究，最终成功确定为一种从未被发现过的磷酸盐新矿物，为致敬中国航天和深空探索事业，核地研院将其命名为嫦娥石。
　　嫦娥石发现于嫦娥五号月壤的玄武岩碎屑中，是新的磷酸盐矿物，属于陨磷钠镁钙石族。晶体结构属三方晶系，空间群R3c，呈微小柱状，伴生矿物有铁橄榄石、单斜辉石、钛铁矿、钙长石、斜锆石、方石英、陨硫铁和玻璃等。
　　2022年8月，国际矿物学会新矿物分类及命名委员会全票通过了嫦娥石申请报告并颁发批准函。
　　氦3：未来洁净能源
　　除了嫦娥石的发现，科研团队还在嫦娥五号月壤中还首次成功获得未来聚变能源资源氦3含量和提取参数。
　　事实上，在嫦娥五号返回之前，核地研院结合院科研优势和基础，系统规划并提出了开展嫦娥五号月球样品的科研计划，并确定了嫦娥五号月球样品核能元素研究方向，目标是开展自主月球裂变、聚变资源基础地质研究，为月球演化和月球资源评价提供重要基础数据。
　　月球上最重要的一个资源就是氦3，它是未来核聚变反应的理想原料，被称为未来的洁净能源、完美能源，有科学家估算，如果有100万吨的氦3，就能为地球提供1万年的能源支撑。然而，它在地球上极为稀缺。核地研院科技部副主任、第一批月球样品责任人黄志新说。
　　目前，科研人员所研究的核聚变反应大多基于氘氚反应，其反应时会产生放射性物质物体，若用氦3参与反应，则不会产生核辐射，且可以释放更多能量。
　　那么月球中氦3的含量究竟多少？如何提取？
　　核地研院经系统研究和测量，首次准确获得嫦娥五号月壤中氦3含量及最佳提取参数，。值得一提的是，团队成功开展了氦3提取实验，准确获取了氦3释放的最佳温度曲线。
　　黄志新说，这些是我国自主测量的可靠数据，为我国后续月球氦3资源的遥感预测和资源总量估算，以及氦3资源未来开发和经济评价提供了基础科学数据。
　　开启探月研究新篇章
　　科研团队还全面研究了嫦娥五号月壤颗粒的形貌特征，获得了嫦娥五号月壤颗粒的典型形貌特征，为研究月壤形成提供了可学依据据。通过对数十万个月壤颗粒进行系统研究，获得了嫦娥五号月壤矿物组成，为研究月球演化和形成提供了有力支撑。
　　系列成果的取得，也是我国核科技实现自立自强的重要体现，但成果来之不易，过程非常曲折。核地研院副院长陈亮表示。
　　由于月球样品珍贵稀少，必须用好每一个颗粒、确保极低的样品损失量，这考验着科研人员的耐心和技能。
　　李婷回忆，最难的是挑选月球样品，由于其不允许引入外来污染，只能靠针尖和颗粒之间摩擦产生的一点静电吸附住样品，他们经常针尖推着样品在玻璃片上来回跑，就是取不起来，每每这时既绝望又崩溃。但也只能深呼吸，稳住崩溃的情绪和僵硬的肩膀一遍遍尝试。
　　这些颗粒中，小的不足头发直径的1100，大的有一根头发粗细，跟它们死磕了两个多月，终于完成了挑选任务，保证了实验计划如期完成。李婷说。
　　称重也需非常精确。黄志新介绍，分取使用的天平是百万级天平，可以精确到0。001mg。最困难的是要准确称取数份0。1mg样品，举个例子，一颗绿豆大约600mg，相当于我们需要取16000颗绿豆，手稍稍抖一下就超量了。每个空样品槽称三遍，放入样品后再称三遍，以确保称量准确。
　　星空浩瀚无穷，探月研究开启新篇章。
　　这是一条相当漫长而曲折的道路，无论经费、时间、精力，所有的投入都必然是有限的，而唯一无限的是科学家的好奇心。在李子颖眼中，看待此刻的成就，绝不能仅局限于拿到月壤后做了什么，而更多的是半个多世纪以来，核地质科学家们不断探索更多未知的创新实践。
　　据了解，2020年12月17日，嫦娥五号携带1731克月球样品返回地球。国家航天局已完成四批152份共计53625。7毫克的月球样品发放，有33家科研单位的98位申请人通过申请。第五批月球样品正完成评审，后续按程序发放。中科院、教育部、自然资源部、中核集团等多个单位获批承担月球样品研究工作，国外科学家、留学生也参加了联合研究。目前已在岩浆分异、太空风化、氦3气体以及生物能转化等方面取得最新成果，对认识月球起源与演化，探寻月球资源的有效利用以及实现零能耗的地外环境和生命支持系统具有重要启示意义。
　　（图片来源：中核集团核工业北京地质研究院）
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