月球新礦物“鈰嫦娥石”是怎么被找到的？過程揭秘→

來源：央視新聞客戶端

近日，我國宣布發(fā)現(xiàn)三種月球新礦物：鈰嫦娥石、鎂嫦娥石、鈰鎂嫦娥石。其中，“鈰嫦娥石”和“鈰鎂嫦娥石”由中國地質(zhì)科學(xué)院團(tuán)隊牽頭發(fā)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)新礦物，究竟難在哪里？100多毫克的月壤粉末，科研團(tuán)隊如何從中“揪”出從未見過的礦物晶體？揭秘“鈰嫦娥石”的發(fā)現(xiàn)過程。

2025年9月，中國地質(zhì)科學(xué)院的科研團(tuán)隊將申領(lǐng)到的嫦娥五號月球樣品放入掃描電鏡。他們原本的目的是要研究一種在小行星、火星、月球上都發(fā)現(xiàn)過的礦物——“隕磷鈣鈉石”礦物族為什么在地球表面消失了，然而掃描樣品后，團(tuán)隊很快就發(fā)現(xiàn)，情況不太對。

中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會新礦物命名及分類專業(yè)委員會委員 曲凱：第一天掃完片子之后，就發(fā)現(xiàn)隕磷鈣鈉石還挺多，而且種類還不太一樣。在電鏡下面可以看到它，其實有成千上萬個微小的顆粒。

在對無數(shù)顆粒進(jìn)行系統(tǒng)篩查時，科研人員注意到：有一些顆粒的成分特征跟2022年發(fā)現(xiàn)的嫦娥石不一樣——嫦娥石富含重稀土，而這些顆粒更富輕稀土。這是一個強烈的信號，說明它們可能是一種從未在自然界中被發(fā)現(xiàn)的新礦物。雖然在課題申請階段，團(tuán)隊已經(jīng)預(yù)判到樣品中或許存在潛在新礦物的可能性，但這么快就有可能發(fā)現(xiàn)了新的月球礦物，還是覺得幸福來得有點太突然。

中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會新礦物命名及分類專業(yè)委員會委員 曲凱：王艷娟博士很快意識到這可能是一個新的礦物。新礦物研究叫“礦物學(xué)的奧林匹克”，誰先把新礦物的提案提交到國際礦物學(xué)會，誰就有命名的優(yōu)先權(quán)，所以我們就馬上把研究的重點，放到完全證明它是一個新礦物的工作當(dāng)中。

一個原本關(guān)于“礦物消失之謎”的研究，就這樣由于“幸福來得太突然”而暫時“跑了題”。經(jīng)過系統(tǒng)礦物學(xué)研究，團(tuán)隊最終發(fā)現(xiàn)了“鈰嫦娥石”，它是一種富含輕稀土元素“鈰”的磷酸鹽礦物，與近日發(fā)現(xiàn)的“鈰鎂嫦娥石”和“鎂嫦娥石”一樣，都和2022年發(fā)現(xiàn)的嫦娥石屬于同一個礦物族。

證明一個新礦物有多難？

找到了“可疑”目標(biāo)，不等于就能宣布發(fā)現(xiàn)了新礦物。想讓它被國際科學(xué)界正式承認(rèn)，還得過五關(guān)斬六將——在一粒灰塵那么大的顆粒上，給潛在新礦物做一套完整的“體檢”。

“鈰嫦娥石”的粒徑只有3到15微米，是頭發(fā)絲的十分之一到五十分之一，肉眼無法看見。如何定義一個礦物是新礦物，國際礦物學(xué)協(xié)會有嚴(yán)格的審核標(biāo)準(zhǔn)：要證明該礦物的化學(xué)成分或晶體結(jié)構(gòu)完全不同于自然界目前已知的任何一種礦物。除此之外，還需要對它的物理性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、譜學(xué)特征等進(jìn)行系統(tǒng)礦物學(xué)表征。每一項都必須拿出精確數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)之間還需要可以相互交叉驗證。

中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會新礦物命名及分類專業(yè)委員會委員 曲凱：首先，我們用電子探針對它進(jìn)行定量的準(zhǔn)確的分析，然后我們要進(jìn)行拉曼和紅外光譜的譜學(xué)特征的研究，對它進(jìn)行物理性質(zhì)的測試。最后一步，我們把這個小顆粒切出來。你能看到這個坑的直徑可能不到20個微米，深度大概在10個微米左右，所以我們只能用這么小的一個空間，把它提出來。

整個過程中，稍有不慎就會前功盡棄。科研團(tuán)隊在提取出3微米大小的礦物晶體后，很順利地獲得了高質(zhì)量的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，最終證明它就是一種自然界尚未發(fā)現(xiàn)的新礦物。從拿到樣品到正式提交第一份申報，團(tuán)隊只用了兩個月。提交后，國際礦物學(xué)協(xié)會新礦物命名及分類委員會的主席幾乎沒有提出任何問題，直接送上了祝賀。

中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會新礦物命名及分類專業(yè)委員會委員 曲凱：他直接祝賀“在這么非凡的樣品里面，有這樣的非凡發(fā)現(xiàn)，提供這么好的數(shù)據(jù)。”他可能對這礦物就非常有信心，所以非常順利直接通過了。

“上天入地”的鈰嫦娥石

“鈰嫦娥石”的特殊之處，不只是因為它是一種新礦物。當(dāng)時，研究團(tuán)隊開玩笑地用“真是仙女下凡了”來形容這次奇妙的發(fā)現(xiàn)。這是為什么？

在樣品中鎖定目標(biāo)后，團(tuán)隊成員車曉超提出：我國境內(nèi)剛有第一塊被國際隕石學(xué)會正式認(rèn)證的月球隕石——“帕克帕克005”，這個隕石里，會不會也有“鈰嫦娥石”。這一想法得到了其他成員的一致認(rèn)可，于是團(tuán)隊立刻同步制樣、繼續(xù)篩查，很快就得出了結(jié)果。

中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會新礦物命名及分類專業(yè)委員會委員 曲凱：很快就在“帕克帕克005”這個隕石里面也找到了，而且還很大顆的、非常好的顆粒。當(dāng)時我們就決定，把這個嫦娥五號月球樣品作為全型標(biāo)本，“帕克帕克005”月球隕石作為它的共型標(biāo)本，共同提交給國際礦物學(xué)會。

新礦物申報，通常只需要一份標(biāo)本、一個產(chǎn)地就夠了。同時提交兩個來源的樣品，意味著要做兩倍的數(shù)據(jù)量、接受更嚴(yán)格的交叉驗證。但“鈰嫦娥石”的“雙重身份”，也讓它的證據(jù)鏈更加牢不可破。當(dāng)時，為了盡快完成新礦物的申請和命名，團(tuán)隊在兩個多月的時間里連軸轉(zhuǎn)。

中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會新礦物命名及分類專業(yè)委員會委員 曲凱：那個時候，有歐洲的同事在訪學(xué)，他們說叫“中歐接力賽”，就是咱們這邊休息了，他們那邊干，他們休息了，咱們這邊接著干，就連軸在干。

提交給國際礦物學(xué)協(xié)會后，各國代表委員均給出了高度評價，其中一位委員在投票文件中寫道：這是在月球上和墜落到地球的月球隕石里，同時的、一個非凡的發(fā)現(xiàn)。

中國科學(xué)院院士 中國地質(zhì)科學(xué)院深地探測與礦產(chǎn)勘查全國重點實驗室主任 侯增謙：是“上天入地的美麗邂逅，是好‘鈰’成雙的非凡發(fā)現(xiàn)。”我們既研究了來自月球的樣品，同時又研究了著陸的樣品，“上天入地”。

為什么要研究地外礦物？

自然界已知的礦物有6000多種，而目前發(fā)現(xiàn)的月球新礦物只有11種。中國從2022年在嫦娥五號月球樣品中發(fā)現(xiàn)嫦娥石，到今年一口氣發(fā)現(xiàn)“鈰嫦娥石”、“鎂嫦娥石”、“鈰鎂嫦娥石”三種礦物，僅僅用了不到四年。費這么大勁去月球上找?guī)追N礦物，到底有什么用呢？

中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所高級工程師 尹淑蘋：月球新礦物的樣品來源大概有兩類，一個是登月的航天器從月球直接取回來的返回地球的樣品，我們把它叫做月球返回的樣品。另一類，是月球被撞擊以后噴濺出來的這些物質(zhì)墜落到地球上的月球隕石。

據(jù)介紹，科學(xué)家有一個共識：月球，是地球的“一部分”。大約45億年前，一顆火星大小的天體撞上了原始地球，甩出去的殘骸凝聚成了月球。此后，地球經(jīng)歷了板塊運動、火山噴發(fā)、風(fēng)吹雨打，幾乎所有古老的記錄都被“抹”掉了。而月球——沒有大氣、沒有水、沒有生物活動——就像一個被密封了45億年的“檔案柜”。

中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所行星科學(xué)研究中心副研究員 車曉超：甚至可以說是從它形成那一刻，也就是太陽系初期，一直到現(xiàn)在，所有記錄都是可以記錄在它表面上的，甚至說可以記錄在月壤里面。

此前，車曉超所在團(tuán)隊在嫦娥五號月球樣品中發(fā)現(xiàn)了一次約6800萬年前的撞擊記錄，而地球上白堊紀(jì)恐龍滅絕事件，發(fā)生在6600萬年前。兩個時間如此接近，它們之間有沒有關(guān)聯(lián)？月球樣品正在幫科學(xué)家尋找答案。

中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源所礦物微區(qū)物質(zhì)組分與結(jié)構(gòu)實驗室主任 陳振宇：在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物，對拓展我們的認(rèn)知邊界，可能比地球上的意義更深遠(yuǎn)。盡管可能這個礦物很小，但是結(jié)合其他的研究的話，應(yīng)該會有一些新的認(rèn)識。

面向未來，中國科學(xué)家的目光已經(jīng)投向了更遠(yuǎn)的火星，天問三號計劃于2031年將火星樣品帶回地球，這有望是世界上首次火星采樣返回任務(wù)。

中國科學(xué)院院士 中國地質(zhì)科學(xué)院深地探測與礦產(chǎn)勘查全國重點實驗室主任 侯增謙：火星取樣返回，全球還沒有實現(xiàn)過，難度很大。美國也沒實現(xiàn)，我們現(xiàn)在也正在做這件事情，這是工程專家、技術(shù)專家正在努力的方向。