在“月塵”中尋寶

48人小組、7天完成實驗、16天投出第一篇論文……

10月19日，中國科學院發(fā)布了對嫦娥五號月球科研樣品取得的最新研究成果，這是首批由我國科學家主導獨立完成的嫦娥五號月球科研樣品研究成果。成果主要完成人之一、中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所（下稱“地質(zhì)地球所”）研究員李獻華院士的話語中隱隱透著驕傲和自豪：“所有的研究都是在我們所完成的，這充分說明了我國的科研實力和創(chuàng)新能力。”

地質(zhì)地球所和國家天文臺主導，聯(lián)合多家研究機構(gòu)通過3篇《自然》論文和1篇《國家科學評論》論文，報道了圍繞月球演化重要科學問題取得的突破性進展。其中，3篇《自然》論文于北京時間10月19日同期上線。

研究證明，嫦娥五號月球樣品為一類新的月海玄武巖，對著陸區(qū)巖漿年齡、源區(qū)性質(zhì)給出全新的認識，月球最“年輕”玄武巖年齡為20億年，其晚期巖漿活動的源區(qū)并不富集放射性元素，并且月幔源區(qū)幾乎沒有水。

而這些研究成果的背后，科研人員的“原材料”僅為地質(zhì)地球所一共獲得的5克樣品。這些樣品是如何被研究的？讓我們看看月壤研究背后的故事。

奔月前布下的“棋陣”

要解決科學問題，首先得有研究對象，而研究月球最好的對象之一，就是“月壤”。

中國科學院院士、嫦娥工程顧問歐陽自遠在談及“月壤”重要性時說：“‘抓土’是有講究的，嫦娥五號可不是隨便抓了一把土回來。”

我國在2004年開啟的探月工程——嫦娥工程布局了“繞”“落”“回”三步走戰(zhàn)略。嫦娥一號、嫦娥二號實現(xiàn)了“繞”月;嫦娥三號實現(xiàn)了“落”月，嫦娥四號實現(xiàn)了月球背面的軟著陸;2020年著陸在月球風暴洋西北處呂姆克山附近的嫦娥五號，則成功完成我國首次地外天體采樣返回任務(wù)，拿回了備受矚目的“月球土特產(chǎn)”。

在此處采集“月壤”，可是大有講究。歐陽自遠表示，選擇在風暴洋“抓土”，就是“希望對于月球距今30億年以來的歷史，增添一些我們中國科學家的突破和貢獻”。他們相信，此地有著月球上最晚形成的玄武巖，而月球“晚年生活”的故事，就藏在里面。

可以說，這是在嫦娥五號奔月之前，就已經(jīng)布好的“棋陣”。

這邊廂，嫦娥五號在月球精準“抓土”，那邊廂，38萬公里之外的地球人實驗室里，則在有針對性地開發(fā)能匹配月球研究課題的關(guān)鍵技術(shù)。

為有朝一日能破解月球的奧秘，科學家們摩拳擦掌。李獻華介紹，自1999年開始，中國科學院便面向地球與行星科學，著手建設(shè)微區(qū)原位分析測試平臺。技術(shù)儲備就緒，他們開始“盼星星，盼月亮”。

怎樣盡可能保證樣品的“純凈”

地質(zhì)地球所研究員楊蔚說：“月壤暴露在空氣中會受到污染，我們在研究中要盡可能避免污染、盡可能使用無損分析方法或超微量有損分析，同時還要具有高空間分辨能力，保障研究結(jié)果的準確。”

楊蔚介紹了研究所月球樣品潔凈室的千級超凈間，其中放置了3套充滿高純氮氣的手套箱。月壤就是在這里被儲存、處理和分析。為避免空氣污染，科研人員在手套箱中進行操作。

“我們要控制與樣品接觸的氣體，試劑和固體材料。”楊蔚介紹，因為月球上水含量極低，也沒有氧氣，“我們要保證手套箱中水和氧氣的含量低于百萬分之一。”他的語氣中略有遺憾，“不過只要對樣品進行研究，就不可避免地會有損耗，無論是在分選月壤顆粒時，還是使用儀器分析時。”

樣品比塵埃更細，

怎么找到那顆“最有故事”的月壤

月壤樣品更像是一把灰塵，“嫦娥五號取得的月壤非常細，均值只有60微米，比阿波羅登月取得的月壤還要細。”李獻華伸出手掌，吹了口氣，“這樣吹口氣就沒了。”

每一粒月壤都很珍貴，但對科學研究來說，每一粒月壤研究的問題都不同，怎樣才能找到那粒“最有故事”的月壤顆粒？李獻華說，比如地質(zhì)科學研究上最重要的定年礦物，“我們采用放射性同位素方法定年，最好的樣品就是含鋯的顆粒，如何挑出最合適的樣品成了關(guān)鍵。”

地質(zhì)地球所所長吳福元院士“隆重”介紹了所里的“秘密武器”——技術(shù)員馬紅霞。她有一雙獨特的巧手，能快速自如地操控每一顆細如塵埃的樣品。“我們所一直從事地質(zhì)研究，這樣的技術(shù)員是在我們所鍛煉出來的，也是所里的‘寶貝’，現(xiàn)在國內(nèi)外很多科研機構(gòu)遇到分離樣品的難題時，都要向我們借人。”只要將合適的顆粒挑選出來制備成好樣品靶，后面的事情就可以交給儀器去做了。

同樣的樣品怎么做出最好的研究

月球樣品極其珍貴，不僅要有借有還，更要最大限度地減少損耗。李獻華說：“當時我們團隊借了3克樣品，還了2.85克。僅消耗0.15克，我們就完成了第一批研究任務(wù)。”

如何用最少的樣品做出最好的結(jié)果，在同行競爭中脫穎而出？

吳福元說，這既得益于地質(zhì)地球所的科學積累，更得益于“技術(shù)先行”的實驗平臺。“地質(zhì)學科是一門與實驗聯(lián)系極其緊密的學科，我們所建立了通用的實驗平臺——公共技術(shù)中心，購置了例如離子探針、納米離子探針等儀器。”平臺凝聚了一支穩(wěn)定的工程師隊伍，在研究過程中，科學家與工程師緊密結(jié)合，發(fā)明了獨特的技術(shù)和方法，將儀器調(diào)試到最佳狀態(tài)，用吳福元的話說，是將儀器的能力“用到極限”。李獻華說：“例如在定年過程中，我們改進了離子探針儀器的關(guān)鍵硬件，實現(xiàn)了小于3微米束斑精確測試。可以說，這樣的精度國際上沒幾家能做到。”

據(jù)悉，嫦娥五號月球樣品第二輪申請工作已經(jīng)開始，月壤將告訴我們更多有關(guān)月球的奧秘。吳福元說：“作為一名科技工作者，能參與月球研究，這是一件幸事！中國科學家已經(jīng)準備好了，我們對未來充滿期待！”（本刊綜合）