“嫦娥石”理想晶体图（上），“嫦娥石”真实颗粒CT扫描三维形态图（下）。图片来源：中核集团核工业北京地质研究院

■本报记者 韩扬眉 见习记者 王一鸣

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”，其英文名为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”是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，发现有一类微小颗粒的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，结合多年的专业敏感性，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，李婷和团队成员立即着手测定结构。

然而，这一新矿物是一个10微米左右的颗粒，和辉石交互共生，无论是实验手段还是后期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超14万个颗粒，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，而且裂成了三小块。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，最终成功确定其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

除了发现“嫦娥石”外，科研团队还在嫦娥五号月壤中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，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的含量究竟有多少？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资源的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科学依据。通过对数十万个月壤颗粒进行系统研究，他们获得了嫦娥五号月壤的矿物组成，为研究月球演化和形成提供了有力支撑。

“系列成果的取得，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。

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。他们经常用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，大的也只有一根头发粗细，跟它们死磕了两个多月，终于完成了挑选任务，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0.001毫克。

“最困难的是要准确称取数份0.1毫克样品，举个例子，一颗绿豆大约600毫克，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。”黄志新说。

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。”李子颖说。

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。第五批月球样品正在评审，后续按程序发放。

中科院、教育部、自然资源部、中核集团等多家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，给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带来重要启示。