今后任何國家發現同系列礦物，都必須以“嫦娥石”為詞根命名

4月24日，中國國家航天局發布嫦娥五號月球樣品研究最新成果：我國從嫦娥五號月球樣品中，發現了兩種月球新礦物：鎂嫦娥石和鈰嫦娥石。 這兩種新礦物，與此前發現的“嫦娥石”有啥關系？我們為何要研究月球礦物？ 本文作者、中核集團首席科學家、核工業北京地質研究院月球樣品研究團隊負責人李子穎詳細講述了鎂嫦娥石的發現過程。從中我們可以看到中國科學家數十年如一日深耕地質研究的積累，也能感受到面對月壤這份珍貴樣品時，科研團隊嚴謹細致、不放過任何一絲異常的鉆研勁頭。 本次新礦物的發現，拓展了人類對月球礦物質組成的認知，也為后續月球成因與演化研究提供了新的關鍵依據，更印證了中國深空探測領域基礎研究不斷突破的堅實步伐。 本文轉載自知乎問答，觀察者網已獲授權發布。

【文/ 李子穎】

大家好，我是中核集團首席科學家、核工業北京地質研究院月球樣品研究團隊負責人李子穎。三年前我曾受邀來知乎，和大家交流嫦娥石的發現過程。

中國首次發現月球新礦物，命名“嫦娥石”

三年多后，我們又從“嫦娥五號”帶回的月球鉆取玄武巖碎屑中，找到了這個家族的另一位成員——鎂嫦娥石。

給大家介紹一下這位嫦娥石家族的新成員，它與此前發現的嫦娥石為同一個礦物系列，同屬隕磷鈉鈣石族，但它的獨特之處在于：

1. 個頭極小，呈短柱狀晶體，粒徑僅2到30微米，約為頭發絲直徑的三十分之一到三分之一，肉眼不可見；

2. 結構獨特，晶體結構M位以鎂為主，不像嫦娥石以鐵為主；嫦娥石的空間群是R3c，但鎂嫦娥石的空間群是R3m，是該礦物族中第一個擁有此空間群的新礦物。另外，它的晶胞c軸長度只有嫦娥石的一半，打破了我們對該族礦物的傳統認知；

3. 稀土含量更高，能達到10%左右，比嫦娥石高出約3個百分點。從形成條件推測，它結晶的溫度可能更高一些，所以應該先于嫦娥石形成。

基于上述特點，我們在命名時，在“嫦娥石”前面專門加了一個“鎂”字來突出它的成分特征，同時“鎂”與“美”諧音，也寄托了一份科研人的美好祝福。

鎂嫦娥石理想晶體圖

其實早在2022年發現嫦娥石之后，我們就憑借理論機理和研究經驗判定，嫦娥石不會是月壤里唯一的新礦物。因為稀土元素有15種，元素之間類質同象，在不同的條件下可相互替代，會催生一系列結構相似、成分不同的礦物。所以我們2023年又開始從月壤樣品中探索發現新礦物的研究。

這次用于研究的月壤樣品和此前不同。嫦娥石用的是月球表面的土壤，而這次用的則是“嫦娥五號”從月球帶回的鉆取樣品，樣品量非常少，顆粒細小肉眼難見，我們得先用環氧樹脂把它們鑲嵌凝固，磨平拋光，做成一個樣品靶，才能在顯微鏡下看得清楚。測試用的靶樣也就幾毫克，每毫克上萬個顆粒。我們從這里起步，開始了海量篩查。

由于月壤顆粒極小，我們需要用自動礦物識別分析儀，對每一個顆粒逐粒掃描，從能譜圖中尋找異常信號。終于，在對海量礦物成分逐一甄別的時候，我們注意到一個異常：有幾顆顆粒跟嫦娥石長得幾乎一模一樣，但鎂含量明顯偏高，鐵含量卻低于嫦娥石。掃描電鏡下，它們長得太像了，如不注意，很容易當成嫦娥石一帶而過。但我們熟悉嫦娥石了，哪怕很小的成分異常，對我們來說也是敏感的。

但要確認它是不是新礦物，光有成分還不夠，必須拿到晶體結構數據。一毫克月壤里就藏著上萬個顆粒，而我們要找的是成分純凈、結晶完好的單晶，條件極為苛刻。

好不容易篩選出單晶后，我們用聚焦離子束掃描電鏡，像外科醫生做微創手術一樣，把目標晶體從礦物集合體中精準切割下來。離子束的切割精度要達到微米級、甚至是亞微米級。力度稍大，這顆微小的晶體就可能直接被“切飛”。單晶切出來之后，再轉移到單晶衍射儀上測試。這個步驟需要手工操作，手必須非常穩，不能顫抖。

鎂嫦娥石背散射電子圖像

我們仍然記得第一顆顆粒的失敗經歷，那是花了半個月才篩選出的最大顆粒，小心翼翼切割完成后送去單晶衍射，結果卻讓人非常失望。它是一顆非晶質顆粒，根本采集不到晶體結構數據。到了切第二顆顆粒的時候，研究團隊的三位同志在一起，互相減壓，因為那是能找到的最后一顆合適的顆粒了，要是再失敗，整個項目就黃了。操作人員戴著兩層口罩，生怕一口氣喘大了，把這顆“月球珍寶”吹得無影無蹤。

單晶衍射儀實驗

經過團隊奮戰，第二顆單晶顆粒終于被成功切出。但新的問題又來了，測試數據卻始終不理想，信號弱、分辨率低，結構解析卡在了最關鍵的一步。那段時間，團隊成員跑遍了北京所有能找到的高端儀器，甚至預約了同步輻射光源，依然無法突破。

在最艱難的時候，年輕的研究員甚至懷疑，是不是判斷錯了，根本沒有什么新礦物。這其實也是科研工作的某種常態，枯燥、失敗、反反復復。有時候你發現一個異常，覺得可能是新的，但反復分析又不像，這種是是非非的過程很折磨人。但好奇心、信心和責任感會推著我們往前走，我們需要不斷調整、反復討論，從顆粒到單晶到結構，一步一步驗證。

就在大家頗有點山窮水盡的階段，江西應用科技學院的谷湘平教授給研究帶來轉機。谷教授是國際知名的礦物學家，在晶體結構解析方面很有造詣。由于不同品牌儀器的數據格式不兼容，他無法讀取我們的原始數據，索性帶著樣品回到自己的實驗室，用不同型號的衍射儀重新采集了全部數據。更關鍵的是，他從自己珍藏的一塊月球隕石中，找到了與鎂嫦娥石成分、結構完全一致的礦物，用獨立的樣品驗證了我們的發現。

納米機械手提取鎂嫦娥石單晶顆粒

最后一道關是國際礦物學協會新礦物委員會的評審。專家們提出了一個關鍵問題：隕磷鈉鈣石族所有已知礦物的晶胞c軸長度都是37.2埃，為什么你們的鎂嫦娥石只有18.6埃？

這也是我們此前研究中遭遇的瓶頸。當時我們按照傳統晶體結構模型，始終無法得到理想結果，研究一度陷入停滯。但團隊沒有墨守成規，我們反復推演驗證，詳細論證了鎂替代鐵之后晶體結構的變化規律，確定鎂嫦娥石的晶胞c軸長度就是嫦娥石的一半。看完我們提供的充分證據材料，所有評委都被說服，經該委員會投票，鎂嫦娥石終于被確證為一種新礦物。

鎂嫦娥石單晶

這一發現有怎樣的意義呢？

作為隕磷鈉鈣石族的新成員，鎂嫦娥石獨特的成分與結構，為研究月球形成演化、巖漿活動、化學分異提供了全新的礦物學樣本。在科學界，流傳著一句話“月球是地球的過去”。研究它能幫助我們追溯天體演化的規律，發現過去，預測未來。

通過這次科研攻堅，我們核地研院也構建了月壤新礦物研究的成熟技術體系，特別是針對研究對象是粒徑極小的顆粒；微米級單晶樣品制備技術達到了國際先進水平，團隊原始創新能力有了顯著提升。

這些成果的背后，是國家綜合實力和科技創新能力的體現。要知道，國際上自美國上世紀60年代以來，至今發現了5個月球新礦物。而我們國家用不到6年的時間就發現了3個，這和我們創新能力和水平密不可分，也進一步鞏固了我國在月球科學研究領域的國際地位。令我們驕傲的是，因為嫦娥石是我們發現并命名的，按照國際礦物學命名規則，今后任何國家任何人再發現同系列礦物，都必須以“嫦娥石”為詞根來命名。

當然，這一切的起點，是探月工程的成功。探月工程是世界上最復雜的系統工程之一，為了把月壤帶回來，攻克了運載、通信、測控、導航、材料等一系列技術難關。這些技術雖然不直接掛在每個人的日常起居里，但它們會轉化、會打通，推動科技進步和社會發展。這就是長遠的戰略價值。

從更廣的視角看，幾乎所有基礎研究的價值都不一定是立竿見影的。我們今天能導航、能預測天氣、能全球通話，背后都是數學、物理、化學、材料科學等基礎研究幾十年甚至上百年積累的結果。很多當下看似遙遠的研究，將來會長成參天大樹。就比如我們一開始研究月壤，是準備重點研究放射性元素鈾、釷的特征。發現新礦物并不是我們一開始設定的目標，而是研究過程中的意外收獲。但基礎研究往往就是這樣，你奔著一件事情去，可能結了另外一個果，這正是科學的奇妙之處。

月壤研究團隊部分成員合影

我從事鈾礦地質研究四十年了。在我們搞礦物巖石的人看來，石頭是有生命的，有年齡，會說話。不同石頭可能是不同時代形成的，我們可以測量它們的年齡有多大；“會說話”指的是它們記錄了自己所經歷的故事，而我們將其挖掘出來，就像讀一個人的一生。中華民族五千年歷史，2020年把1.7公斤月壤拿回來，這是真正的千年等一回。今天，我們能夠親手觸摸來自38萬公里外的月球物質，能夠通過研究它們去解讀月球的故事，這是我們這一代科研人員的幸運，我們感到無比自豪。

所以，只要還有月壤樣品，我們就會一直找下去。除了鎂嫦娥石，后續還可能根據元素含量的不同，出現新的嫦娥石，形成一個具有更多成員的“嫦娥石家族”。

新發現屬于過去。我們團隊已開始了新一輪的探索和研究，那些藏在微米顆粒世界里的秘密，終有一天會被我們一一揭開。

本文系觀察者網獨家稿件，文章內容純屬作者個人觀點，不代表平臺觀點，未經授權，不得轉載，否則將追究法律責任。關注觀察者網微信guanchacn，每日閱讀趣味文章。