我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)富含稀土元素月球新礦物

來源：環(huán)球時(shí)報(bào)-環(huán)球網(wǎng)

【環(huán)球時(shí)報(bào) 報(bào)道 記者 樊巍】在嫦娥五號探測器帶回的1731克月球樣品中，中國科學(xué)家不斷發(fā)現(xiàn)新的驚喜。在4月24日舉行的第十一個(gè)“中國航天日”主場活動啟動儀式上，國家航天局對外發(fā)布嫦娥五號月球樣品最新研究成果。這一次，中國科學(xué)家在嫦娥五號月球樣品中，發(fā)現(xiàn)兩種月球新礦物，均獲國際礦物學(xué)協(xié)會新礦物命名及分類委員會批準(zhǔn)，分別命名為鎂嫦娥石與鈰（shì）嫦娥石。這是繼2022年嫦娥石之后，中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的第二和第三種月球新礦物，也是全世界在返回月壤中發(fā)現(xiàn)的第七和第八種月球新礦物。

隨著兩種嫦娥石的理想晶體圖正式發(fā)布，現(xiàn)場一片沸騰。兩種粒徑為數(shù)微米的晶體的發(fā)現(xiàn)，不僅展現(xiàn)了荒涼月球表面下的微觀之美，也再次證明月球是一個(gè)充滿驚喜的巨大“富礦”。

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，鎂嫦娥石、鈰嫦娥石均屬于稀土磷酸鹽礦物，它們隱匿于月壤微塵之中，晶體結(jié)構(gòu)精妙獨(dú)特，在地球上沒有完全相同的對應(yīng)礦物，是名副其實(shí)的“月球土特產(chǎn)”。它們與此前發(fā)現(xiàn)的嫦娥石同屬于隕磷鈣鈉石族，該類礦物是月球、火星及小行星樣品中常見的磷酸鹽礦物，但在不同類地天體中表現(xiàn)出成分的多樣性和分布的不均一性。此次發(fā)現(xiàn)為深化月球物質(zhì)組成、地質(zhì)演化、探索月球起源等研究提供重要科學(xué)依據(jù)，是我國深空探測與基礎(chǔ)科學(xué)研究相結(jié)合的又一重要成果，對于增進(jìn)人類對月球和宇宙認(rèn)知具有重要意義。

鎂嫦娥石助人類讀懂月球“前世今生”

鎂嫦娥石由中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院（以下簡稱“核工業(yè)北京地質(zhì)研究院”）首席科學(xué)家李子穎牽頭的月壤團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，呈短柱狀晶體，主要產(chǎn)出于嫦娥五號鉆取月球樣品中的玄武巖碎屑內(nèi)部，粒徑約2～30微米。

“鎂嫦娥石與‘美嫦娥石’諧音，寓意這是更加美麗、更加特別的‘嫦娥石’，飽含中國航天和文化的浪漫情懷?！焙斯I(yè)北京地質(zhì)研究院研究員葛祥坤在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)介紹稱，鎂嫦娥石的結(jié)構(gòu)獨(dú)特，晶體結(jié)構(gòu)M位以鎂為主，且“個(gè)頭”極小，粒徑約為頭發(fā)絲直徑的1/3至1/30，肉眼看不見。

在珍貴稀缺的嫦娥五號月壤樣品中，想要從無數(shù)月壤顆粒中篩查新礦物極為不易。葛祥坤介紹稱，科研團(tuán)隊(duì)?wèi){借扎實(shí)的研究功底和敏銳的礦物鑒別素養(yǎng)，逐粒分析、反復(fù)比對，終于在數(shù)以萬計(jì)的海量數(shù)據(jù)中捕捉到不同于已知礦物的異常成分，鎖定了新礦物的關(guān)鍵線索。

“鎂嫦娥石不僅月壤樣品本身極其稀缺，科研團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)海量篩查，最終也只找到一顆可供測試的理想單晶，顆粒僅有20 微米。”葛祥坤進(jìn)一步介紹稱，測試時(shí)樣品需在多臺精密儀器間轉(zhuǎn)移測試，科研人員操作時(shí)需全程屏住呼吸、小心翼翼，生怕一口氣就將這顆“月球珍寶”吹得無影無蹤，每一步操作都堪稱“微米級藝術(shù)”。“尤其在使用聚焦離子束掃描電鏡提取單晶顆粒時(shí)，難度堪比外科醫(yī)生做微創(chuàng)手術(shù)，因?yàn)殡x子束切割必須精準(zhǔn)到微米級別，力度稍大就可能把微小晶體直接‘切飛’?！备鹣槔しQ。

作為隕磷鈉鈣石族的全新成員，鎂嫦娥石的發(fā)現(xiàn)無疑刷新了人類對于月球的認(rèn)知。葛祥坤認(rèn)為，它獨(dú)特的成分與結(jié)構(gòu)，為研究月球形成演化、巖漿活動、化學(xué)分異提供了全新的礦物學(xué)樣本，幫助人類更深入讀懂月球的“前世今生”。

此外，在他看來，發(fā)現(xiàn)鎂嫦娥石的過程也進(jìn)一步提高了我國的科研創(chuàng)新能力?！拔覈F(xiàn)已構(gòu)建月壤新礦物研究的成熟技術(shù)體系，微米級單晶樣品制備技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。中國的科研團(tuán)隊(duì)勇于突破傳統(tǒng)認(rèn)知、敢于挑戰(zhàn)權(quán)威范式，原始創(chuàng)新能力顯著提升?！备鹣槔しQ。

鈰嫦娥石具有發(fā)光效應(yīng)

而鈰嫦娥石則是由中國地質(zhì)科學(xué)院侯增謙院士團(tuán)隊(duì)牽頭發(fā)現(xiàn)，它同時(shí)發(fā)現(xiàn)于嫦娥五號月球樣品以及一塊墜落于我國境內(nèi)的月球隕石中，晶體主要呈半自形粒狀或自形柱狀形式，產(chǎn)出于鈣長石、鐵輝石、氟磷灰石以及鈦鐵礦邊部，粒徑約3～15微米。

“鈰嫦娥石是一種富含稀土元素鈰的磷酸鹽礦物，屬于隕磷鈣鈉石族礦物。與地球、火星及小行星樣品中的同族礦物相比，該礦物具有明顯的稀土富集特征，是具有‘指紋意義’的行星礦物?！焙钤鲋t院士在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)介紹稱，此次發(fā)現(xiàn)的鈰嫦娥石與我國此前發(fā)現(xiàn)的嫦娥石兩者具有相同的結(jié)構(gòu)模型，但稀土元素占位不同，前者以輕稀土元素鈰（Ce）為主，后者以重稀土元素釔（Y）為主。

“值得注意的是，美國阿波羅任務(wù)的返回樣品中嫦娥石系列礦物更富重稀土，而我國嫦娥五號返回樣品中嫦娥石系列礦物具有明顯富輕稀土的特征。”侯增謙院士認(rèn)為，這表明月球巖漿演化過程中輕、重稀土元素存在明顯分異行為，這一差異為認(rèn)識月球內(nèi)部物質(zhì)結(jié)晶分異機(jī)制提供了關(guān)鍵礦物學(xué)證據(jù)。

據(jù)了解，鈰嫦娥石的發(fā)現(xiàn)基于兩類來源完全不同的珍貴樣品。其原型標(biāo)本來自嫦娥五號任務(wù)從月球正面風(fēng)暴洋地區(qū)采集并返回的月壤樣品，其共型標(biāo)本則來自2024年在我國新疆塔克拉瑪干沙漠發(fā)現(xiàn)的月球隕石Pakepake 005，這是一顆單顆球狀隕石，重量44克，表面覆蓋深色熔殼，這也是首塊在中國境內(nèi)發(fā)現(xiàn)并獲得國際正式批準(zhǔn)的月球隕石。“國際礦物學(xué)協(xié)會新礦物命名及分類委員會一位代表委員在評論中寫到：這是在月球及墜落至地球的月球隕石中同時(shí)取得的一項(xiàng)非凡發(fā)現(xiàn)！”侯增謙院士稱。

發(fā)現(xiàn)鈰嫦娥石的過程也極為不易。鈰嫦娥石的第一發(fā)現(xiàn)人、中國地質(zhì)科學(xué)院的王艷娟博士在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)介紹稱，我們研究團(tuán)隊(duì)在對嫦娥五號月壤樣品和第一塊墜落中國境內(nèi)月球隕石進(jìn)行研究過程中，通過納米壓痕、陰極發(fā)光、掃描電鏡、電子探針、拉曼光譜、X射線單晶衍射以及三維電子衍射等多種先進(jìn)原位表征技術(shù)，系統(tǒng)確定了物理性質(zhì)、化學(xué)組成與晶體結(jié)構(gòu)，最終確認(rèn)其為一種此前未被記錄的自然礦物。

值得一提的是，鈰嫦娥石的發(fā)現(xiàn)不僅能拓寬對世界的認(rèn)識，還能為人工合成材料領(lǐng)域提供新的配方。中國巖石地球化學(xué)學(xué)會新礦物命名及分類專業(yè)委員會委員曲凱介紹稱，在研究中發(fā)現(xiàn)，鈰嫦娥石有明顯的發(fā)光效應(yīng)，在WLED的熒光材料合成領(lǐng)域具有非常好的潛在應(yīng)用。

侯增謙院士進(jìn)一步解釋到，鈰嫦娥石和我們團(tuán)隊(duì)前不久鈰鎂嫦娥石的發(fā)現(xiàn)可以說是“上天入地”的美麗邂逅，好“鈰”成雙的非凡發(fā)現(xiàn)。嫦娥石系列礦物的發(fā)現(xiàn)不僅豐富了自然界、特別是月球的礦物種類，揭示了月壤中隕磷鈣鈉石族礦物的晶體化學(xué)復(fù)雜性，表明月球物質(zhì)組成及其演化過程的多樣性。而且作為富含稀土元素的礦物，為評估月球稀土資源潛力及未來原位資源利用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

據(jù)了解，國家航天局將繼續(xù)堅(jiān)持“創(chuàng)新引領(lǐng)、協(xié)同高效、和平發(fā)展、合作共享”的原則，組織好月球樣品科學(xué)研究?？茖W(xué)家們也將對發(fā)現(xiàn)的月球新礦物開展深入研究，力爭發(fā)現(xiàn)更多未知的奧秘。