“嫦娥石”和共生矿物扫描电镜照片。
本栏图片由受访者提供
“嫦娥石”理想晶体图。
视频了解“嫦娥石”
发现破译全过程
9月9日，国家航天局、国家原子能机构联合宣布，中国科学家首次在月球上发现新矿物，并将其命名为“嫦娥石”。该矿物是人类在月球上发现的第六种新矿物，此次发现，标志着我国成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家，这也是嫦娥五号月球样品研究取得的又一重大科学成果。
此次发现过程中，研究团队通过X射线单晶衍射等一系列高新技术手段，在14万个月球样品颗粒中，分离出一颗粒径约10微米大小的单晶颗粒，并成功解译其晶体结构。经国际矿物学协会(IMA)新矿物命名及分类委员会(CNMNC)投票通过，确证为一种新矿物。
嫦娥石发现的背后藏着哪些故事？嫦娥石的发现具有哪些意义？记者联系到有关单位和科研人员，解码此次发现过程中“千钧一发”的科研经历。
针尖上“追逐”上万次
新矿物显露端倪
2021年6月，嫦娥五号月壤样品向全社会开放申请。中核集团核工业北京地质研究院（下称“核地研院”）以“裂变聚变核能元素研究”为主题进行申请，获批成为首批开展嫦娥五号月壤科研样品研究的单位之一。7月12日，50毫克月壤科研样品被交到了核地研院研究人员手中。
尽管此次核地研院申领了50毫克月壤样品，但按相关要求，研究过程对月壤的消耗量不能超过20毫克。“这意味着，我们能用于研究的月壤大约只有5颗芝麻粒儿那么多。”核地研院第一批月球样品负责人黄志新研究员说。
2021年9月9日，研究团队终于在超净室内开封月壤。对月壤进行矿物学研究，首先需要挑样分选月壤样品，将月壤按粒度和矿物种类分为7组。对地球样品进行挑样，可以利用仪器，或在取样针上涂抹凡士林等黏性物质辅助挑样。但对月壤不能使用仪器——仪器筛网上会粘住月壤，造成浪费；也不能借助任何外力，避免引入杂质。
这意味着，月壤研究全部需要人工挑样。挑样时也只能靠不到1微米粗细的针尖摩擦提取月壤颗粒，或利用颗粒的凹槽去“捉”住目标颗粒。捉的时候，颗粒常常在玻片上到处“跑”，对挑样者的专注力、耐力都提出了极高要求。
“挑样充满了痛苦的机械性重复和高度紧张。”核地研院月球研究团队研究骨干李婷说，需要长时间对着显微镜，使用针头小于0.5微米的纳米取样针，将月壤按分组规则一颗一颗转移到定制的铜坩埚中。由于挑样所使用的显微镜最小分辨率为4微米，她手部的移动距离可能不到几毫米，身体在作业时基本上处于僵硬状态。由于申请到的月壤颗粒按密度保守计算，每1毫克样品中不少于1万个颗粒，因此转移过程需重复上万次。
2021年10月，对月壤的成分研究有了令人惊喜的发现。“我们发现了一个很小的微粒，成分组成和人类已知的矿物都不太一样。”李婷说，经过查阅资料对比分析，研究团队认为这组微粒中或许存在一种全新的矿物。
转移“独苗”样本
仿佛一场显微外科手术
一种矿物如要被确定为新矿物，不仅要明确其中的成分组成，还需要提供其晶体结构信息。但是，研究团队对矿物结构的分析并不顺利。
要想分析矿物结构，必须将目标颗粒与周围的颗粒剥离，使其成为一个纯净的单晶。但研究团队尽了最大的努力，都无法完全剔除与其共生的已知矿物辉石。直到第二批申请成功的月壤样品抵达核地研院。
2021年7月29日，国家航天局正式公布第二批月球科研样品计划，核地研院团队成员、博士钟军积极申请，获得一件光片样品。这件样品仅约15毫克，相当于3—4颗芝麻粒，却包含着约14万个颗粒。第二批样品原本用于裂变元素研究，但因不愿轻易放弃已发现的新矿物线索，团队申请先使用这批样品重启新矿物研究。“只要能找到一个符合要求的颗粒，新矿物研究就有可能继续推进。”李婷说。
申请很快得到了批准。最终，研究团队发现只有一个符合要求的颗粒，而这一颗还裂成了三小块。要想验证新矿物的存在，必须把它分离出来，进行晶体结构的精确解译。
1月8日，研究团队在聚焦离子束电子显微镜的帮助下，在14万个颗粒中成功分离出一颗10 4 7微米、不到普通人头发平均直径1/10大小的单晶颗粒。
