今后任何国家发现同系列矿物，都必须以“嫦娥石”为词根命名

来源：市场资讯

（来源：观察者网）

【文/ 李子颖】

大家好，我是中核集团首席科学家、核工业北京地质研究院月球样品研究团队负责人李子颖。三年前我曾受邀来知乎，和大家交流嫦娥石的发现过程。

中国首次发现月球新矿物，命名“嫦娥石”

三年多后，我们又从“嫦娥五号”带回的月球钻取玄武岩碎屑中，找到了这个家族的另一位成员——镁嫦娥石。

给大家介绍一下这位嫦娥石家族的新成员，它与此前发现的嫦娥石为同一个矿物系列，同属陨磷钠钙石族，但它的独特之处在于：

1. 个头极小，呈短柱状晶体，粒径仅2到30微米，约为头发丝直径的三十分之一到三分之一，肉眼不可见；

2. 结构独特，晶体结构M位以镁为主，不像嫦娥石以铁为主；嫦娥石的空间群是R3c，但镁嫦娥石的空间群是R3m，是该矿物族中第一个拥有此空间群的新矿物。另外，它的晶胞c轴长度只有嫦娥石的一半，打破了我们对该族矿物的传统认知；

3. 稀土含量更高，能达到10%左右，比嫦娥石高出约3个百分点。从形成条件推测，它结晶的温度可能更高一些，所以应该先于嫦娥石形成。

基于上述特点，我们在命名时，在“嫦娥石”前面专门加了一个“镁”字来突出它的成分特征，同时“镁”与“美”谐音，也寄托了一份科研人的美好祝福。

镁嫦娥石理想晶体图

其实早在2022年发现嫦娥石之后，我们就凭借理论机理和研究经验判定，嫦娥石不会是月壤里唯一的新矿物。因为稀土元素有15种，元素之间类质同象，在不同的条件下可相互替代，会催生一系列结构相似、成分不同的矿物。所以我们2023年又开始从月壤样品中探索发现新矿物的研究。

这次用于研究的月壤样品和此前不同。嫦娥石用的是月球表面的土壤，而这次用的则是“嫦娥五号”从月球带回的钻取样品，样品量非常少，颗粒细小肉眼难见，我们得先用环氧树脂把它们镶嵌凝固，磨平抛光，做成一个样品靶，才能在显微镜下看得清楚。测试用的靶样也就几毫克，每毫克上万个颗粒。我们从这里起步，开始了海量筛查。

由于月壤颗粒极小，我们需要用自动矿物识别分析仪，对每一个颗粒逐粒扫描，从能谱图中寻找异常信号。终于，在对海量矿物成分逐一甄别的时候，我们注意到一个异常：有几颗颗粒跟嫦娥石长得几乎一模一样，但镁含量明显偏高，铁含量却低于嫦娥石。扫描电镜下，它们长得太像了，如不注意，很容易当成嫦娥石一带而过。但我们熟悉嫦娥石了，哪怕很小的成分异常，对我们来说也是敏感的。

但要确认它是不是新矿物，光有成分还不够，必须拿到晶体结构数据。一毫克月壤里就藏着上万个颗粒，而我们要找的是成分纯净、结晶完好的单晶，条件极为苛刻。

好不容易筛选出单晶后，我们用聚焦离子束扫描电镜，像外科医生做微创手术一样，把目标晶体从矿物集合体中精准切割下来。离子束的切割精度要达到微米级、甚至是亚微米级。力度稍大，这颗微小的晶体就可能直接被“切飞”。单晶切出来之后，再转移到单晶衍射仪上测试。这个步骤需要手工操作，手必须非常稳，不能颤抖。

镁嫦娥石背散射电子图像

我们仍然记得第一颗颗粒的失败经历，那是花了半个月才筛选出的最大颗粒，小心翼翼切割完成后送去单晶衍射，结果却让人非常失望。它是一颗非晶质颗粒，根本采集不到晶体结构数据。到了切第二颗颗粒的时候，研究团队的三位同志在一起，互相减压，因为那是能找到的最后一颗合适的颗粒了，要是再失败，整个项目就黄了。操作人员戴着两层口罩，生怕一口气喘大了，把这颗“月球珍宝”吹得无影无踪。

单晶衍射仪实验

经过团队奋战，第二颗单晶颗粒终于被成功切出。但新的问题又来了，测试数据却始终不理想，信号弱、分辨率低，结构解析卡在了最关键的一步。那段时间，团队成员跑遍了北京所有能找到的高端仪器，甚至预约了同步辐射光源，依然无法突破。

在最艰难的时候，年轻的研究员甚至怀疑，是不是判断错了，根本没有什么新矿物。这其实也是科研工作的某种常态，枯燥、失败、反反复复。有时候你发现一个异常，觉得可能是新的，但反复分析又不像，这种是是非非的过程很折磨人。但好奇心、信心和责任感会推着我们往前走，我们需要不断调整、反复讨论，从颗粒到单晶到结构，一步一步验证。

就在大家颇有点山穷水尽的阶段，江西应用科技学院的谷湘平教授给研究带来转机。谷教授是国际知名的矿物学家，在晶体结构解析方面很有造诣。由于不同品牌仪器的数据格式不兼容，他无法读取我们的原始数据，索性带着样品回到自己的实验室，用不同型号的衍射仪重新采集了全部数据。更关键的是，他从自己珍藏的一块月球陨石中，找到了与镁嫦娥石成分、结构完全一致的矿物，用独立的样品验证了我们的发现。

纳米机械手提取镁嫦娥石单晶颗粒

最后一道关是国际矿物学协会新矿物委员会的评审。专家们提出了一个关键问题：陨磷钠钙石族所有已知矿物的晶胞c轴长度都是37.2埃，为什么你们的镁嫦娥石只有18.6埃？

这也是我们此前研究中遭遇的瓶颈。当时我们按照传统晶体结构模型，始终无法得到理想结果，研究一度陷入停滞。但团队没有墨守成规，我们反复推演验证，详细论证了镁替代铁之后晶体结构的变化规律，确定镁嫦娥石的晶胞c轴长度就是嫦娥石的一半。看完我们提供的充分证据材料，所有评委都被说服，经该委员会投票，镁嫦娥石终于被确证为一种新矿物。

镁嫦娥石单晶

这一发现有怎样的意义呢？

作为陨磷钠钙石族的新成员，镁嫦娥石独特的成分与结构，为研究月球形成演化、岩浆活动、化学分异提供了全新的矿物学样本。在科学界，流传着一句话“月球是地球的过去”。研究它能帮助我们追溯天体演化的规律，发现过去，预测未来。

通过这次科研攻坚，我们核地研院也构建了月壤新矿物研究的成熟技术体系，特别是针对研究对象是粒径极小的颗粒；微米级单晶样品制备技术达到了国际先进水平，团队原始创新能力有了显著提升。

这些成果的背后，是国家综合实力和科技创新能力的体现。要知道，国际上自美国上世纪60年代以来，至今发现了5个月球新矿物。而我们国家用不到6年的时间就发现了3个，这和我们创新能力和水平密不可分，也进一步巩固了我国在月球科学研究领域的国际地位。令我们骄傲的是，因为嫦娥石是我们发现并命名的，按照国际矿物学命名规则，今后任何国家任何人再发现同系列矿物，都必须以“嫦娥石”为词根来命名。

当然，这一切的起点，是探月工程的成功。探月工程是世界上最复杂的系统工程之一，为了把月壤带回来，攻克了运载、通信、测控、导航、材料等一系列技术难关。这些技术虽然不直接挂在每个人的日常起居里，但它们会转化、会打通，推动科技进步和社会发展。这就是长远的战略价值。

从更广的视角看，几乎所有基础研究的价值都不一定是立竿见影的。我们今天能导航、能预测天气、能全球通话，背后都是数学、物理、化学、材料科学等基础研究几十年甚至上百年积累的结果。很多当下看似遥远的研究，将来会长成参天大树。就比如我们一开始研究月壤，是准备重点研究放射性元素铀、钍的特征。发现新矿物并不是我们一开始设定的目标，而是研究过程中的意外收获。但基础研究往往就是这样，你奔着一件事情去，可能结了另外一个果，这正是科学的奇妙之处。

月壤研究团队部分成员合影

我从事铀矿地质研究四十年了。在我们搞矿物岩石的人看来，石头是有生命的，有年龄，会说话。不同石头可能是不同时代形成的，我们可以测量它们的年龄有多大；“会说话”指的是它们记录了自己所经历的故事，而我们将其挖掘出来，就像读一个人的一生。中华民族五千年历史，2020年把1.7公斤月壤拿回来，这是真正的千年等一回。今天，我们能够亲手触摸来自38万公里外的月球物质，能够通过研究它们去解读月球的故事，这是我们这一代科研人员的幸运，我们感到无比自豪。

所以，只要还有月壤样品，我们就会一直找下去。除了镁嫦娥石，后续还可能根据元素含量的不同，出现新的嫦娥石，形成一个具有更多成员的“嫦娥石家族”。

新发现属于过去。我们团队已开始了新一轮的探索和研究，那些藏在微米颗粒世界里的秘密，终有一天会被我们一一揭开。

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