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“嫦娥石”如何被发现?其发现和命名有何意义?

我(wo)国成为第三个发现月球新矿物国家 人(ren)类已在月球发现六种新矿物

月亮之上嫦娥石

本报记者 段相宇

9月9日,中国传统节日中秋佳节前夕,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:中国科学家首次在月球上发现新矿物,并命名为“嫦娥石”。

“‘嫦娥石’,取名太美了!”这份来自月球的(de)“中秋礼物”,让网友们(men)纷纷点赞属于中国人(ren)的(de)“硬核”浪漫。“嫦娥石”如何被发现?其发现和命名有何意义?月球样品研究还有哪些新进展?记者采访了有关单位和科研人(ren)员。

“嫦娥石”系人(ren)类在月球发现的(de)第六种新矿物,中国成为第三个发现月球新矿物的(de)国家

据了解,“嫦娥石”是(shi)一种磷酸盐矿物,呈柱状晶体,存在于月球玄武岩颗粒中。中核集团核工业北京地质研究院(以下简称“中核集团核地研院”)月球样品研究团队(tuandui)(dui),通过X射线衍射等一系列高新技术手段,在十四万个月球样品颗粒中,分离出一颗粒径约10微米大小的(de)单晶颗粒,并成功解译其晶体结构。经国际矿物学协会(IMA)新矿物命名及分类委员会(CNMNC)投票通过,确证为一种新矿物。

“新矿物的(de)发现,为月球形成和演化提供了更多基础科学数据,深化了人(ren)类对(dui)月球和太阳系的(de)认知。”国家原子能机构副主任董保同介绍,该矿物是(shi)我(wo)国首次发现的(de)月球新矿物,也是(shi)人(ren)类在月球上发现的(de)第六种新矿物,我(wo)国成为世界上第三个取回月球样品的(de)国家,第三个发现月球新矿物的(de)国家,为和平利用和合作开发太空资源贡献了中国力量。

“嫦娥石”,英文Changesite-(Y),是(shi)中核集团核地研院月球样品研究团队(tuandui)(dui)为它(ta)精心挑选的(de)名字。“首先,这是(shi)纪念我(wo)国嫦娥工程首次取回的(de)月球样品;然后,它(ta)明确了该矿物来自中国传统神话‘嫦娥’(Chang’E)的(de)居住地(site),即月球;同时也表明该矿物取自嫦娥五号(Chang’E)的(de)降落点(site);最后,‘S’既是(shi)中文‘石-Shi’又是(shi)英文‘石-Stone’开头的(de)第一个字母,从发音上也更接近嫦娥石,国内国际都很好(hao)理解。”团队(tuandui)(dui)牵头人(ren)李子颖说。

国家航天局、国家原子能机构新闻(xinwen)宣传办公室主任孟华表示,“嫦娥石”是(shi)继“广寒官”“织女”“河鼓”等35个月球地理实体命名后,月球科学探索领域又一具有中国文化特色、并被国际社会认可的(de)月球相关名称,再次展示(zhanshi)了科学技术与文化艺术融合的(de)中国式浪漫。

分样挑样、扫描切割、分析破译,“嫦娥石”的(de)发现源于科研团队(tuandui)(dui)坚持专注和我(wo)国核地质科学可靠实力

2020年12月17日,嫦娥五号携带1731克月球样品返回地球。2021年6月,嫦娥五号月球样品向全社会开放申请。经申请批准,中核集团核地研院先后获得月壤科研样品50毫克、月球样品光片1个,成为首批开展嫦娥五号月球样品研究的(de)单位之一。

分样过程是(shi)月壤研究中“最刺激、最紧张”的(de)环节。“我(wo)们(men)签订的(de)协议中,这50毫克的(de)月壤科研样品最多只能损耗20毫克。”中核集团核地研院第一批月球样品责任人(ren)黄志新介绍,用好(hao)每一个颗粒、确保极低的(de)样品损失量是(shi)团队(tuandui)(dui)每个人(ren)的(de)共识。分样在超净室中进行,使用百万级天平,可以精确到0.001mg。“每次称量都先是(shi)目估,死死盯着取样勺里几乎看不见的(de)‘小黑点’,再三权衡,估摸着不能超量才敢倒入样品槽中。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。”

挑样也是(shi)实验的(de)一大特色。实验中,需要将月壤按粒度和矿物种类分为7个组,在显微镜下操作,使用针头小于0.5微米的(de)纳米取样针,将月壤按分组规则一颗一颗转移到定制的(de)铜坩埚中。申请到的(de)月壤颗粒按密度保守计算,每1毫克样品中不少于10000个颗粒,因此转移的(de)过程至少重复了上万次。

扫描电镜反复确认、准确定位所需分离切割的(de)矿物,高能的(de)聚焦离子束从矿物四周进行斜向切割,底部斜向“入刀”使目标矿物实现和周围围岩分离……通过对(dui)第一批月壤科研样品开展系统研究,科研人(ren)员终于发现了新矿物的(de)踪迹,并测定该矿物的(de)化学组成。经过一系列艰苦工作,研究团队(tuandui)(dui)准确确定该矿物的(de)晶体结构,最终确定了这个新矿物。

“是(shi)什么让我(wo)们(men)能抓住这十四万分之一的(de)机会?”在李子颖等科研人(ren)员看来,充分的(de)实验技术准备、扎实的(de)专业能力和科研素养是(shi)重要原因。自“十一五”期间开始,在国家原子能机构和中核集团等支持下,中核集团核地研院陆续建(jian)立了高精尖分析检测实验室,能力水平大大提高。“看待此刻的(de)成就,与半个多世纪以来,核地质科学家们(men)不断探索更多未知的(de)创新实践息息相关。”李子颖说。

深化月球样品研究,为月球成因、演化和深空科学探测提供重要支撑,带动一系列相关科学技术进步

月球样品研究是(shi)典型的(de)前沿基础科学研究,将推动带动一系列相关科学技术进步。

中核集团党组成员、总会计师王学军介绍,“嫦娥石”的(de)发现是(shi)矿物学基础研究领域的(de)重大突破,是(shi)从0到1的(de)原创性成果,丰富了人(ren)类矿物学宝库的(de)内容,促进了矿物学学科的(de)发展,为月球成因、演化和深空科学探测提供新的(de)重要支撑。

在发现“嫦娥石”的(de)同时,研究团队(tuandui)(dui)还首次准确测定了嫦娥五号月球样品中未来潜在的(de)核聚变资源氦-3含量,确定了最佳提取温度。这为我(wo)国后续月球氦-3资源的(de)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。此外,通过系统研究并获得月壤颗粒的(de)典型形貌特征,也为研究月壤形成提供了科学依据。

据介绍,国家航天局已完成四批152份共计53625.7毫克的(de)月球样品发放,有33家科研单位的(de)98位申请人(ren)通过申请。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。

探月工程副总指挥、探月与航天工程中心主任刘继忠介绍,各科研团队(tuandui)(dui)都积极开展研究工作,取得了显著成果。目前已在国内外著名学术期刊上发表文章23篇,申请专利1项。近期发布的(de)成果主要包括岩浆分异、太空风化、氦-3气体以及生物能转化等方面,对(dui)认识月球起源与演化,探寻月球资源的(de)有效利用以及实现“零能耗”的(de)地外环境和生命支持系统具有重要启示意义。

“目前,关于月球科研样品的(de)研究还在持续开展,第五批样品申请已完成评审,后续按程序发放。随着对(dui)样品研究的(de)逐步深化,我(wo)们(men)预期一定会有新的(de)更大成果。”刘继忠说。

月球样品;新矿物;嫦娥工程;月球起源;矿物种类;地理实体;聚焦离子束;中核;月壤;X射线衍射

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