中核首席科學家揭秘：鈾釷研究的意外收獲，月球新礦物鎂嫦娥石如何被發現

據新華社，我國科學家在嫦娥五號月球樣品中，發現兩種月球新礦物，均獲國際礦物學協會新礦物命名及分類委員會批準，分別命名為鎂嫦娥石與鈰嫦娥石。這是繼2022年嫦娥石之后，我國科學家發現的第二和第三種月球新礦物，也是全世界在返回月壤中發現的第七和第八種月球新礦物。

國家航天局4月24日對外發布了上述最新研究成果。其中，鎂嫦娥石由中核集團核工業北京地質研究院李子穎首席科學家牽頭的月壤團隊發現，主要產出于嫦娥五號鉆取月球樣品中的玄武巖碎屑內部。鈰嫦娥石由中國地質科學院侯增謙院士團隊牽頭發現，同時發現于嫦娥五號月球樣品以及一塊墜落于我國境內的月球隕石中。鎂嫦娥石、鈰嫦娥石均屬于稀土磷酸鹽礦物，隱匿于月壤微塵之中，粒徑僅數微米，晶體結構精妙獨特，在地球上沒有完全相同的對應礦物。

納米機械手提取鎂嫦娥石單晶顆粒

為何要研究月球礦物？鎂嫦娥石有何獨特之處？“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。”李子穎24日在知乎平臺撰文稱，早在2022年發現嫦娥石之后，該團隊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。于是在2022年成功發現我國首個月球新礦物“嫦娥石”之后，該研究團隊自2023年開始從月壤樣品中探索發現新礦物的研究。

據其介紹，鎂嫦娥的獨特之處在于：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；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，打破了對該族礦物的傳統認知；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。

“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。一毫克月壤中藏著上萬個顆粒，要找到成分純凈、結晶完好的單晶殊為不易。

李子穎稱，好不容易篩選出單晶后，科研團隊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。

“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。”李子穎在文中回憶稱，當時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。

該團隊后又經歷測試數據不理想、結構解析卡殼、國際礦物學協會評審過程等挑戰。最終憑借充分證據材料，鎂嫦娥石被確證為一種新礦物。

李子穎表示，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。

“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。”他表示，這些成果的背后是國家綜合實力和科技創新能力的體現。“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。”