嫦娥石：中国首次发现的月球新矿物

202209/14来源：科技日报

　　中秋前夕，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：中核集团核工业北京地质研究院（以下简称核地研院）在月球样品研究中发现新矿物，并将其命名为“嫦娥石”。

　　嫦娥石是我国第一次发现的月球新矿物，也是国际上发现的第六个月球新矿物。它的发现改变了我国月球矿物发现历史，使我国成为世界第三个发现月球新矿物的国家。

　　锁定疑似新矿物

　　2021年6月，嫦娥五号月壤样品向全社会开放申请。2021年7月12日，核地研院以“裂变聚变核能元素研究”为主题，获批成为首批开展嫦娥五号月壤科研样品研究的单位之一，获得月壤科研样品50毫克。

　　“按照要求，在研究过程中，我们对月壤的消耗量不能超过20毫克。这意味着，我们能用于研究的月壤大约只有5颗芝麻粒那么多。”核地研院研究员、第一批月球样品负责人黄志新说。

　　拿到这份来自月球的珍贵礼物后，研究团队迅速对月壤粉末样品开展矿物学研究。其间，他们发现了新矿物的蛛丝马迹。

　　这个疑似新矿物的颗粒大小不足10微米，甚至不到一根头发丝直径的1/10。“我们对这个颗粒进行化学成分分析后发现，它的化学成分是全新的，在人类已知的矿物中，没有一种与它的化学成分组成一致。这提示我们，它可能是一种新的矿物。”核地研院研究员、月球研究团队研究骨干李婷说。

　　除了拥有全新的化学组成，一种矿物要被确定为新矿物，还需要提供晶体结构信息。

　　为了解开这道“必答题”，研究团队首先得把与疑似新矿物共生的已知矿物辉石剔除干净。但无论使用实验手段还是后期的数据处理，都没有办法清除这颗微小颗粒上的辉石。

　　由于没办法获得理想的结构数据，新矿物的研究按下暂停键。

　　在针尖上舞蹈

　　很快，事情迎来转机。

　　2021年7月29日，国家航天局正式公布第二批月球科研样品计划，核地研院团队积极申请，获得了一件光片样品。这次的样品仅15毫克左右，大约相当于三四颗芝麻粒大小。

　　15毫克的月壤里，会藏着怎样的秘密？

　　在第一个样品的基础上，研究团队统计了第二个样品靶上14万余个颗粒，终于找到了疑似新矿物的一些踪迹。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。

　　这种情况下，解译疑似新矿物的晶体结构，无异于是针尖上的舞蹈。

　　在分析之前，要先对月壤进行分类再进行研究。不能用仪器进行分类，因为仪器上会附着月壤，造成浪费。所以，研究人员需要手工进行分类。为了不引入外来杂质，分类时，他们只能靠针尖摩擦提取月壤颗粒，或者利用颗粒的凹槽去“捉”。“捉”的时候，颗粒常常在玻片上到处“跑”。

　　用比头发丝还细的玻璃丝分拣肉眼不可见的矿物，考验眼力也考验手上功夫。连续两个多月，李婷对着显微镜一坐就是一整天，一个动作重复上万次，最终完成了矿物分选和挑选工作。

　　团队使用聚焦离子束电镜切出了一颗10×7×4微米的纯单晶颗粒，然后将颗粒转移到单晶衍射仪上收集衍射数据，最后解译出疑似新矿物颗粒的晶体结构。

　　他们对疑似新矿物进行了拉曼光谱分析、晶体光性描述、物理性质计算等。2021年底，通过系统详尽的矿物学研究，研究团队确定，这是一种从未被发现过的磷酸盐新矿物。这种矿物的晶体结构属三方晶系，空间群R3c，呈微小柱状。

　　有中国特色的命名

　　最开始，核地研院将月球新矿物命名为“嫦娥石”，英文名暂定为Changeite-（Y）。报告提交给国际矿物协会新矿物分类及命名委员会。

　　没想到，新矿物获得批准了，但名称没有通过。因为嫦娥石的英文名Changeite-（Y）和一种已知矿物的英文名Changoite太相似。

　　反复思考后，他们找到了一个既有中国特色也符合国际惯例的英文名字——Changesite。

　　这是纪念我国嫦娥工程首次取回的月球样品，明确了该矿物来自中国传统神话嫦娥（Chang"E）的居住地（site），即月球；同时也表明该矿物取自嫦娥五号（Chang"E）的降落点（site）。此外，S既是中文“石”的拼音首字母又是英文“Stone（石头）”首字母。该名字最终获得国际矿物协会新矿物命名及分类委员会通过批准。

　　除了成功发现月球新矿物，核地研院还获得了嫦娥五号月壤中未来聚变能源资源——氦-3含量和提取参数，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。

　　此外，研究团队还系统获得了嫦娥五号月球样品的形貌及矿物组成，为研究月球演化和形成提供了有力支撑。（记者 代小佩 付毅飞）