文 ｜ 《中国科学报》 记者 韩扬眉 见习记者 王一鸣
“嫦娥石”抱负晶体图（左），“嫦娥石”真实颗粒CT扫描三维形态图（右）。图片泉源：中核集团核工业北京地质研究院
9月9日，国家航天局、国家原子能机构团结在京发布嫦娥五号最新科学结果。国家原子能机构副主任董保同在发布活动上宣布，中国科学家初次在月球上发现的新矿物被定名为“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庞大科学结果，也是核与航天跨行业、跨专业相助的一次有力探索。
“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天下第三个发现月球新矿物的国家。
“此次系列新发现还动员了新技术、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，以及将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紧张目的使命之一。颠末激烈竞争，核地研院获批成为第一批开展月球样品科学研究的单元之一，先后获得了365克月球样品。
根据研究计划，科研职员首先对首批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身分测定，发现有一类微小颗粒的化学身分和所有已知矿物身分都不雷同，它的稀土含量特别高。颠末反复查阅文献，结合多年的专业敏感性，我们意识到这有大概是新矿物。”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，有两个须要条件：化学身分和晶体结构。于是，李婷和团队成员立刻着手测定结构。
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，无论是实行本领照旧后期数据处理都没有办法把辉石剔除干净，因此一直没有获得抱负的结构数据。
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，但有盼望测到单晶结构的只有一颗，而且裂成了三小块。最终团队利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网络衍射数据，末了解译出了晶体结构。
随后，团队对其进行了拉曼光谱分析、晶体光性描述、物理性子计算等，通过体系细致的矿物学研究，最终乐成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，核地研院将其定名为“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定名委员会全票通过了“嫦娥石”申请报告并颁发批准函。
氦-3：将来洁净能源
除了发现“嫦娥石”外，科研团队还在嫦娥五号月壤中初次乐成获得将来聚变能源资源——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上风和基础，体系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，目的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紧张基础数据。
“月球上最紧张的一个资源就是氦-3，它是将来核聚变反应的抱负原料，被称为将来的洁净能源、完美能源。有科学家估算，假如有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。
现在，科研职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到场反应，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？怎样提取？
核地研院经体系研究和丈量，初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，团队乐成开展了氦-3提取实行，准确获取了氦-3释放的最佳温度曲线。
黄志新说，这些是我国自主丈量的可靠数据，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资源的将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性，获得了嫦娥五号月壤颗粒的典型形貌特性，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体系研究，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。
“系列结果的取得，是我国核科技实现自立自强的紧张表现，但结果来之不易，过程非常曲折。”核地研院副院长陈亮表现。
月球样品珍贵稀少，必须用好每一个颗粒、确保极低的样品丧失量，这考验着科研职员的耐心和技能。
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，通常这时既绝望又瓦解，但也只能深呼吸，稳住瓦解的感情和僵硬的肩膀一遍遍实行。
“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，终于完成了挑选使命，实行计划准期完成。”李婷说。
称重也需非常准确。黄志新先容，分取利用的天平是百万级天平，可以准确到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，所有的投入都一定是有限的，而唯一无穷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家科研单元的98位申请人通过申请。第五批月球样品正在评审，后续按步伐发放。
中科院、教导部、自然资源部、中核集团等多家单元获批承担月球样品研究工作，国外科学家、留学生也到场了团结研究。现在已在岩浆分异、太空风化、氦-3气体以及生物能转化等方面取得最新结果，给认识月球劈头与演化、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体系带来紧张启示。 |
