作者:韩扬眉 王一鸣 来源:中国科学报 发布时间:2022/9/9 19:36:39
选择字号:
“嫦娥石”!我国首次发现月球新矿物

 

9月9日,国家航天局、国家原子能机构联合在京发布嫦娥五号最新科学成果。国家原子能机构副主任董保同在发布活动上宣布,中国科学家首次在月球上发现的新矿物,被命名为“嫦娥石”(Changesite-(Y))。这是我国在空间科学领域取得的一项重大科学成果,也是核与航天跨行业、跨专业合作的一次有力探索。

“嫦娥石”我国发现的首个月球新矿物,也是人类发现的第六个月球新矿物,这次新发现使我国成为世界第三个发现月球新矿物的国家。

“此次系列新发现还带动了新技术新方法的发展,推动了矿物学的进步,为月球演化、资源开发利用,以及未来深空探测等提供科学支撑。”中核集团核工业北京地质研究院(以下简称核地研院)嫦娥五号月球科研样品研究团队负责人总师李子颖告诉《中国科学报》。

嫦娥石:来自月球的新矿物

开展月球样品科学研究是实施探月工程的主要目标任务之一。经过激烈地竞争,核地研院获批成为第一批开展月球样品科学研究的单位之一,先后获得了365克月球样品。

根据研究计划,科研人员首先对首批50毫克样品进行矿物学研究。

“我们对数十万个平均大小仅10微米的月壤颗粒进行化学成分测定,发现有一类微小的颗粒,化学成分和所有已知矿物成分都不相同,它的稀土含量特别高,经过反复查阅文献,以及多年的专业敏感性,我们意识到这有可能是新矿物。”新矿物发现团队成员、核地研院研究员李婷告诉《中国科学报》。

判断是否是一个新矿物,有两个必要条件:化学成分和晶体结构。于是,紧接着,李婷和团队成员们立即着手结构测定。

然而,那时这一新矿物是一个10微米左右的颗粒,和辉石交互共生在一起,无论实验手段还是后期的数据处理都没有办法把辉石剔除干净,因此一直没有获得理想的结构数据。

一个多月后,核地研院申请到第二批月壤样品。团队统计了样品靶上14万多个颗粒,又找到了一些新矿物的踪迹,但有希望测到单晶结构的只有一颗,而这一颗还裂成了三小块。最终团队使用聚焦离子束电镜切出了一颗10*7*4微米的纯的单晶颗粒,然后将颗粒转移到单晶衍射仪上收集衍射数据,最后解译出了晶体结构。

随后,团队对其进行了拉曼光谱分析、晶体光性描述、物理性质计算等,通过系统详尽的矿物学研究,最终成功确定为一种从未被发现过的磷酸盐新矿物,为致敬中国航天和深空探索事业,核地研院将其命名为“嫦娥石”。

嫦娥石发现于嫦娥五号月壤的玄武岩碎屑中,是新的磷酸盐矿物,属于陨磷钠镁钙石族。晶体结构属三方晶系,空间群R3c,呈微小柱状,伴生矿物有铁橄榄石、单斜辉石、钛铁矿、钙长石、斜锆石、方石英、陨硫铁和玻璃等。

2022年8月,国际矿物学会新矿物分类及命名委员会全票通过了“嫦娥石”申请报告并颁发批准函。

氦-3:未来洁净能源

除了“嫦娥石”的发现,科研团队还在嫦娥五号月壤中还首次成功获得未来聚变能源资源——氦-3含量和提取参数。

事实上,在嫦娥五号返回之前,核地研院结合院科研优势和基础,系统规划并提出了开展嫦娥五号月球样品的科研计划,并确定了“嫦娥五号月球样品核能元素研究”方向,目标是开展自主月球裂变、聚变资源基础地质研究,为月球演化和月球资源评价提供重要基础数据。

“月球上最重要的一个资源就是氦-3,它是未来核聚变反应的理想原料,被称为未来的洁净能源、完美能源,有科学家估算,如果有100万吨的氦-3,就能为地球提供1万年的能源支撑。然而,它在地球上极为稀缺。”核地研院科技部副主任、第一批月球样品责任人黄志新说。

目前,科研人员所研究的核聚变反应大多基于氘氚反应,其反应时会产生放射性物质物体,若用氦-3参与反应,则不会产生核辐射,且可以释放更多能量。

那么月球中氦-3的含量究竟多少?如何提取?

核地研院经系统研究和测量,首次准确获得嫦娥五号月壤中氦-3含量及最佳提取参数,。值得一提的是,团队成功开展了氦-3提取实验,准确获取了氦-3释放的最佳温度曲线。

黄志新说,这些是我国自主测量的可靠数据,为我国后续月球氦-3资源的遥感预测和资源总量估算,以及氦-3资源未来开发和经济评价提供了基础科学数据。

开启探月研究新篇章

科研团队还全面研究了嫦娥五号月壤颗粒的形貌特征,获得了嫦娥五号月壤颗粒的典型形貌特征,为研究月壤形成提供了可学依据据。通过对数十万个月壤颗粒进行系统研究,获得了嫦娥五号月壤矿物组成,为研究月球演化和形成提供了有力支撑。

“系列成果的取得,也是我国核科技实现自立自强的重要体现,但成果来之不易,过程非常曲折。”核地研院副院长陈亮表示。

由于月球样品珍贵稀少,必须用好每一个颗粒、确保极低的样品损失量,这考验着科研人员的耐心和技能。

李婷回忆,最难的是挑选月球样品,由于其不允许引入外来“污染”,只能靠针尖和颗粒之间摩擦产生的一点静电吸附住样品,他们经常针尖推着样品在玻璃片上来回跑,就是取不起来,每每这时既绝望又崩溃。但也只能深呼吸,稳住崩溃的情绪和僵硬的肩膀一遍遍尝试。

“这些颗粒中,小的不足头发直径的1/100,大的有一根头发粗细,跟它们死磕了两个多月,终于完成了挑选任务,保证了实验计划如期完成。”李婷说。

称重也需非常精确。黄志新介绍,分取使用的天平是百万级天平,可以精确到0.001mg。最困难的是要准确称取数份0.1mg样品,举个例子,一颗绿豆大约600mg,相当于我们需要取1/6000颗绿豆,手稍稍抖一下就超量了。每个空样品槽称三遍,放入样品后再称三遍,以确保称量准确。

星空浩瀚无穷,探月研究开启新篇章。

“这是一条相当漫长而曲折的道路,无论经费、时间、精力,所有的投入都必然是有限的,而唯一无限的是科学家的好奇心。”在李子颖眼中,看待此刻的成就,绝不能仅局限于拿到月壤后做了什么,而更多的是半个多世纪以来,核地质科学家们不断探索更多未知的创新实践。

据了解,2020年12月17日,嫦娥五号携带1731克月球样品返回地球。国家航天局已完成四批152份共计53625.7毫克的月球样品发放,有33家科研单位的98位申请人通过申请。第五批月球样品正完成评审,后续按程序发放。中科院、教育部、自然资源部、中核集团等多个单位获批承担月球样品研究工作,国外科学家、留学生也参加了联合研究。目前已在岩浆分异、太空风化、氦-3气体以及生物能转化等方面取得最新成果,对认识月球起源与演化,探寻月球资源的有效利用以及实现“零能耗”的地外环境和生命支持系统具有重要启示意义。

image.png

(图片来源:中核集团核工业北京地质研究院

 

 
版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
读论文查基金,助你2024申基成功! 粉色饭来了,它是肉还是米?
土卫一存在地下海洋 迄今最小恒星,半径仅约地球7倍
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文