月球嫦娥石發現記

9月9日，北京阜成路甲8號（國家航天局和國家原子能機構所在地）向外界宣布中國科學家首次在月球發現新礦物，命名為“嫦娥石”。這也是國際上發現的第6個月球新礦物。

它的發現改變了我國月球礦物探索歷史，使我國成為世界上第3個發現月球新礦物的國家。

58歲的中核集團核工業北京地質研究院（以下簡稱“地研院”）月球研究團隊牽頭人李子穎，站在發布會上難掩激動之情，就是他帶領團隊經過了1年多的努力，發現了這種月球新礦物。

打開，1粒“大米”的世界

坐在桌前，盯著顯微鏡，用一根纖細的納米取樣針，反復去試圖剝取一顆0.000001毫克不到的顆粒……這個動作已經持續了不止兩個小時，此刻，地研院研究員李婷身體僵直、眼睛酸脹。但她不想放棄，這個在顯微鏡下都可能倏忽不見的“小東西”，實在太珍貴了。

被她稱作“小東西”的就是嫦娥五號月壤樣品。

2020年12月17日，嫦娥五號攜帶1731克月球樣品返回地球。對月球樣品的申請，競爭異常激烈，一共有23家高校和科研院所的85份申請通過初審，經現場答辯，最終僅13家單位31份申請通過評審，通過率僅為36.5%。

2021年7月12日，第一批50毫克的月壤抵達地研院。

黃志新至今記得這個日子，這位地研院第一批月球樣品負責人告訴記者：“這50毫克中，我們簽訂的協議規定只能損耗20毫克。”20毫克是什么概念？“大概就是1顆大點兒的米粒吧。”

分樣在超凈室中進行，兩人一起進入操作，需要穿著專用的實驗服和手套，全程由攝像頭監控。在開啟樣品之前，團隊制訂了實驗計劃，包括取樣步驟、取出的樣品量、分為多少份、每份各自多少量、針對不同實驗如何分裝、如何轉移等。

在此次月壤研究中，李婷需要將成千上萬的微小顆粒按實驗設計挑選分類。“分取使用的天平是百萬級天平，可以精確到0.001毫克。最困難的是要稱取數份0.1毫克樣品——一顆綠豆大約80毫克，相當于他們需要取1/800顆綠豆，手稍稍抖一下就超量了。”李婷說。

她告訴記者，如此少的樣品必須盡量一次性稱準。每次稱量都先是目估，死死盯著取樣勺里幾乎看不見的“小黑點”，再三權衡，估摸著不能超量才敢倒入樣品槽中。每個空樣品槽稱三遍，放入樣品后再稱三遍，以確保稱量準確。

“通常我們挑選地球樣品時，可以將凡士林等有一定黏性的物質涂抹在針上幫助‘蘸取樣品，再穩妥地轉移到其他地方。而月壤的挑選不允許引入外來‘污染，只能靠針尖和顆粒之間摩擦產生的一點靜電吸附住樣品，經常針尖推著樣品在玻璃片上來回跑，就是取不起來，每每這個時候都既絕望又崩潰。”李婷說。

只能深呼吸，穩住崩潰的情緒和僵硬的肩膀，一遍遍嘗試。這些顆粒中，小的不足頭發直徑的1/100，大的有一根頭發粗細。一次又一次地失敗重來，和這批樣品“死磕”了兩個多月，“小東西”終于被李婷手中玻璃絲的細尖捕獲——新礦物取樣成功！

反復的操作，讓李婷對月壤樣品的了解格外深刻，面對這批樣品分析獲得的大量數據時，這個心細的姑娘有了一個重大發現：“有一種含鈣的磷酸鹽礦物，它含有的稀土元素遠遠高于我們以往認識的此類礦物結構中可以達到的數量，意味著這是一顆我們認知以外的新礦物。”

然而，它在哪里？這種礦物太少太小，在這批樣品中無法找到一顆較好的顆粒能夠讓科研團隊破譯它的結構。

破譯，十四萬分之一的可能

2021年隆冬的一個周六，整棟辦公樓都空空蕩蕩的。

“安靜、喘氣的聲音都清晰可聞。”在實驗室小心翼翼度過的這8個小時，讓鐘軍至今記憶猶新。就是那一刻，他所在的地研院月球團隊成功分離出了一粒微米級礦物，為他們的新發現奠定了基礎。

掃描電鏡反復確認、準確定位所需分離切割的礦物，高能的聚焦離子束從礦物四周進行斜向切割，底部斜向“入刀”使目標礦物實現和周圍圍巖分離，掃描電鏡的倉口探入比頭發絲還細的鎢針，聚焦離子束對鎢針整形后，用鉑蒸汽將其焊接到分離的目標礦物之上，采集完的目標礦物從儀器艙中取出，放入特制的樣品保管“膠囊”，將其帶至下一步開展晶體結構分析的實驗室……

通過對第一批月壤科研樣品開展系統研究，團隊發現了新礦物的蹤跡，并測定該礦物的化學組成，但由于新礦物顆粒太小太少，一直無法獲得新礦物的理想晶體結構參數，必須要借助新的月壤樣品進一步尋找符合條件的大顆粒標本，才有可能全面證實。

作為“接棒人”，鐘軍圍繞核能鈾釷裂變元素研究主題，反復斟酌挑選了擬申請的最為合適的月球樣品。他閱讀了大量文獻，和團隊成員反復探討，不斷優化和完善借用申請及匯報材料。

最終，他們的材料從240多份申請中脫穎而出，成功借用到1件月球光片樣品。

鐘軍回憶，一拿到光片，科研團隊立刻采用原位微區測試分析方法開展礦物尺度的研究，首先對整個樣品的所有礦物進行了快速面掃描，在接近十四萬個的礦物/巖屑顆粒中，成功“抓取”了幾顆僅有頭發絲直徑1/10大小的富含稀土的磷酸鹽礦物顆粒。

“要想驗證新礦物的存在，就要把這幾個顆粒切出來，作礦物單晶的晶體結構精確解譯。而相對較大、平面上看成分較純的，適合我們作解構的潛在目標礦物僅有3粒，極為細小稀有。”鐘軍說。

最終，確定了唯一一顆可用于后續驗證的顆粒。

李婷所帶的礦物研究團隊，利用單晶X射線衍射儀對潛在的新礦物，開展了后續的精細結構解譯，確定了這個新礦物。

這并不是地研院在地質分析中所發現的第一個新礦物。過去3年，李婷所在的團隊已經先后主導和參與發現了5種地球新礦物。

溯源，科學探索背后無限的好奇心

2020年11月，在李子穎帶領下，地研院月球研究團隊經過無數次研究討論后，確定了以月球核能裂變和聚變元素為主要研究方向。隨后，地研院組建了月球樣品分析檢測實驗室。

“這是一條相當漫長而曲折的道路，無論經費、時間、精力，所有的投入都必然是有限的，而唯一無限的是科學家的好奇心。”在李子穎的眼中，看待此刻的成就，絕不能僅局限于拿到月壤后做了什么，更是與半個多世紀以來，核地質科學家們不斷探索更多未知的創新實踐息息相關。

“新礦物獲得批準了，但名稱沒有通過。”

今年6月底，當李子穎將這個消息告訴團隊成員時，大家的心都是猛地一跌。

“嫦娥石”是這支團隊為它精心挑選的名字。而與之相應的英文名字“changeite”，因為與此前已發現的礦物“changoite”太接近，而被否決。名稱沒通過，就意味著這項成果暫時還無法發布。

稍作修改后，“changesite”這個名字帶著更豐富的內涵被提交了上去。

“首先，這是紀念我國嫦娥工程首次取回的月球樣品;然后，它明確了該礦物來自中國傳統神話‘嫦娥（ChangE）的居住地（site），即月球;同時也表明該礦物取自嫦娥五號的降落點;最后，‘S既是中文‘石-Shi又是英文‘石-Stone開頭的第一個字母，從發音上也更接近嫦娥石，國內國際都很好理解。”李子穎說。

團隊將新的英文名稱提交申請了。等了一個多月，該礦物獲得國際礦物協會新礦物命名及分類委員會的批準，最終名稱為“嫦娥石”，英文Changesite-（Y）。

從此，月亮上有了嫦娥石。

（摘自《中國青年報》邱晨輝、楊阿卓）