中核首席科学家揭秘：铀钍研究的意外收获 月球新矿物镁嫦娥石如何被发现

来源：澎湃新闻

据新华社，我国科学家在嫦娥五号月球样品中，发现两种月球新矿物，均获国际矿物学协会新矿物命名及分类委员会批准，分别命名为镁嫦娥石与铈嫦娥石。这是继2022年嫦娥石之后，我国科学家发现的第二和第三种月球新矿物，也是全世界在返回月壤中发现的第七和第八种月球新矿物。

国家航天局4月24日对外发布了上述最新研究成果。其中，镁嫦娥石由中核集团核工业北京地质研究院李子颖首席科学家牵头的月壤团队发现，主要产出于嫦娥五号钻取月球样品中的玄武岩碎屑内部。铈嫦娥石由中国地质科学院侯增谦院士团队牵头发现，同时发现于嫦娥五号月球样品以及一块坠落于我国境内的月球陨石中。镁嫦娥石、铈嫦娥石均属于稀土磷酸盐矿物，隐匿于月壤微尘之中，粒径仅数微米，晶体结构精妙独特，在地球上没有完全相同的对应矿物。

为何要研究月球矿物？镁嫦娥石有何独特之处？“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。”李子颖24日在知乎平台撰文称，早在2022年发现嫦娥石之后，该团队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。于是在2022年成功发现我国首个月球新矿物“嫦娥石”之后，该研究团队自2023年开始从月壤样品中探索发现新矿物的研究。

据其介绍，镁嫦娥石的独特之处在于：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；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，打破了对该族矿物的传统认知；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。

“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。一毫克月壤中藏着上万个颗粒，要找到成分纯净、结晶完好的单晶殊为不易。

李子颖称，好不容易筛选出单晶后，科研团队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。

“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。”李子颖在文中回忆称，当时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。

该团队后又经历测试数据不理想、结构解析卡壳、国际矿物学协会评审过程等挑战。最终凭借充分证据材料，镁嫦娥石被确证为一种新矿物。

李子颖表示，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。

“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。”他表示，这些成果的背后是国家综合实力和科技创新能力的体现。“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。”