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环球新消息丨嫦娥石(中国首次发现的月球新矿物)

2022-09-14 11:32 编辑:admin 来源:科技日报

  本文原标题:嫦娥石(中国首次发现的月球新矿物),由科技日报罗伯特2022年09月14日02:00分发布,一起来看看。

  ◎本报记者 代小佩 付毅飞

  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。

  本文介绍到此就结束。