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中秋佳節(jié),“嫦娥”獻(xiàn)禮。2022年9月9日,在中秋節(jié)來臨前,國家航天局、國家原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合在京發(fā)布嫦娥五號最新科學(xué)成果。國家原子能機(jī)構(gòu)副主任董保同宣布,我國首次發(fā)現(xiàn)的月球新礦物,經(jīng)國際礦物學(xué)會新礦物分類及命名委員會批準(zhǔn),正式命名為“嫦娥石”。這是我國在空間科學(xué)領(lǐng)域取得的一項(xiàng)重大科學(xué)成果,也是核與航天跨行業(yè)、跨專業(yè)合作的一次成功探索,我國成為世界上第三個發(fā)現(xiàn)月球新礦物的國家。
從此,月亮上不僅有“嫦娥”和“玉兔”,還有了“嫦娥石”。“嫦娥石”是繼“廣寒宮”“織女”“紫微”等源于中華傳統(tǒng)文化的月球地理實(shí)體命名之后,我國月球探索中又一獨(dú)具中國文化特色的名稱,再次展示了中華傳統(tǒng)文化與硬科技完美融合的“中國式浪漫”。
悉心守護(hù) “核”力拓疆核技術(shù)助力月球樣品研究
月球作為地球唯一的天然衛(wèi)星,是距離地球最近的“鄰居”,蘊(yùn)藏了地球、太陽系起源和演化的無窮奧秘。2020年12月17日,嫦娥五號返回器攜帶1731克月球樣品成功著陸四子王旗,實(shí)現(xiàn)了我國首次地外天體采樣返回,我國成為世界上第三個從月球取回樣品的國家,這也是人類時隔44年再次將月球樣品帶回地球。
珍貴的月球樣品來之不易,為充分發(fā)揮月球樣品的作用,取得更多更好的重磅科研成果,深化對月球和太陽系的認(rèn)知,國家航天局出臺了《月球樣品管理辦法》,鼓勵國內(nèi)外優(yōu)秀科學(xué)家開展月球科學(xué)研究。同時,制定了嚴(yán)格的月球樣品借用申請流程,每個樣品借用申請都要先后經(jīng)過院士專家函評和月球樣品專家委員會評審等階段。
月球樣品的稀有及其蘊(yùn)含的地月演化等若干關(guān)鍵科學(xué)問題,激發(fā)了國內(nèi)廣大科研工作者的熱情,月球樣品的申請競爭也異常激烈。在國家原子能機(jī)構(gòu)支持下,中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院(簡稱“核地研院”)精細(xì)謀劃,積極申請和激烈競爭,經(jīng)月球樣品專家委員會評審?fù)镀保说匮性撼晒Λ@批了50毫克月球樣品,成為首批開展嫦娥五號月球樣品研究的13家科研單位之一。
核地研院成立于1959年,是以鈾礦地質(zhì)為主的多科學(xué)綜合性研究機(jī)構(gòu),為我國原子能事業(yè)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。我國第一塊鈾礦石—曾被呈送中南海,受到毛主席和周總理等老一輩革命家研觀的“開業(yè)之石”,如今完好地保存在這里,是該院“鎮(zhèn)院之寶”。
除了為祖國找鈾礦,上世紀(jì)80年代起,核地研院還有一批科研人員,在找尋一塊“瘋狂的石頭”。30多年間,一代又一代研究人員前赴后繼,踏遍祖國山川,終于在西北荒漠戈壁腹地找到了合適的選址,建起了中國北山地下實(shí)驗(yàn)室。
嫦娥五號返回后,取回的月球樣品令核地研院科研人員興奮不已,紛紛表示“中國科學(xué)家終于有自己的月球樣品開展地月演化研究了!”
為此,中核集團(tuán)組建了以我國鈾礦地質(zhì)領(lǐng)域領(lǐng)軍人才李子穎研究員為首的研究團(tuán)隊(duì),成立月球樣品分析檢測實(shí)驗(yàn)室,聚焦嫦娥五號月球樣品裂變聚變核能元素研究,開展自主月球核能資源基礎(chǔ)地質(zhì)科學(xué)問題攻關(guān)。
2021年7月,核地研院月球樣品研究團(tuán)隊(duì)以“核能聚變元素研究”為主題,申請到第一批月球樣品;4個月后,又以“核能鈾釷裂變元素研究”為主題,成功獲得了第二批月球樣品——1件15毫克的月球樣品光片。
在開展第一批月球樣品基礎(chǔ)礦物學(xué)研究時,科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一種化學(xué)成分與已知礦物具有明顯區(qū)別的礦物,敏銳的捕獲到了新礦物的蹤跡。
由于新礦物顆粒太小,科研團(tuán)隊(duì)又將目光投向了第二個月球樣品,通過X射線衍射等一系列高新技術(shù)手段對月球樣品進(jìn)行分析研究,最終在十四萬個月球樣品顆粒中再次找到了該新礦物的蹤跡,最終成功獲得確認(rèn)新礦物所需的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),并被認(rèn)可為新礦物。月球新礦物的發(fā)現(xiàn),豐富了人類已知的月球礦物種類,拓寬了人類的認(rèn)知邊界。
在針尖上跳舞從蛛絲馬跡中發(fā)現(xiàn)新礦物
在月球樣品獲批之前,研究團(tuán)隊(duì)反復(fù)討論,拿出了完善的研究方案、清晰的研究思路、詳細(xì)的研究內(nèi)容,在成功借用到月球樣品之后,很快便按設(shè)計(jì)方案進(jìn)入了研究流程。“在開展基礎(chǔ)礦物學(xué)研究時,一類含鈣磷酸鹽礦物的微小顆粒引起了科研團(tuán)隊(duì)的注意。”核地研院第一批月球樣品責(zé)任人黃志新介紹說,這是一種含量極少、粒度極小(約十微米,相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的十分之一)的一類含鈣磷酸鹽礦物,它的能譜譜圖不同于其他已知同元素種類的礦物,團(tuán)隊(duì)初步判斷這極有可能是一種新的礦物。
科研團(tuán)隊(duì)對這個新發(fā)現(xiàn)也都非常興奮,緊鑼密鼓開展了后續(xù)的針對性研究工作。
月球樣品的成分確定很快就完成了,其元素比值不同于目前發(fā)表的任何其他已知月球礦物,這表明團(tuán)隊(duì)向著新礦物的發(fā)現(xiàn)又進(jìn)了一步。接下來,按照新礦物發(fā)現(xiàn)的慣例,除確定準(zhǔn)確的化學(xué)成分之外,還必須開展礦物單晶的晶體結(jié)構(gòu)精確解譯。但是由于顆粒太小,最大的一顆是一個10微米左右的顆粒,和輝石交互共生在一起,無論實(shí)驗(yàn)手段還是后期的數(shù)據(jù)處理都沒有辦法把輝石剔除干凈,因此一直沒有獲得理想的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。
“不能就這么放棄,第一批樣品顆粒太小,那我們就繼續(xù)在第二批樣品中尋找”,核地研院月球樣品研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人李子穎說。終于,在統(tǒng)計(jì)了第二個樣品靶上14萬多個顆粒后,找到了一些蹤跡,但有希望測到單晶結(jié)構(gòu)的只有一顆,而這一顆還裂成了三小塊。晶體結(jié)構(gòu)測量,需要把它切下來。