月球嫦娥石發現記：破譯，十四萬分之一的可能
每個亮如星辰的成就瞬間，背後都是長年累月的默默無聞
月球嫦娥石發現記
9月9日，北京阜成路甲8號，國家航太局和國家原子能機構所在地。
還有一天，就是中秋佳節了，這裡向外界宣佈中國科學家首次在月球發現新礦物，命名為“嫦娥石”。消息發佈後引發關注，不少網友稱之為“來自月球的中秋禮物”。
這是我國首次發現的月球新礦物，也是國際上發現的第6個月球新礦物。它的發現改變了我國月球礦物探索歷史，使我國成為世界上第3個發現月球新礦物的國家。
當天，58歲的中核集團核工業北京地質研究院(以下簡稱地研院)月球研究團隊牽頭人李子穎站在發佈會上難掩激動之情，就是他帶領團隊經過了1年多的努力，發現了這種月球新礦物。
在接受中青報·中青網記者採訪時，李子穎眼中閃著光，興奮得像個孩子，他說：“看看，月亮上真的有‘嫦娥’。我們中國人美好的神話故事，用我們自己的智慧和努力變成了現實。”
打開，1粒“大米”的世界
夜色已經很濃。
坐在桌前，盯著顯微鏡，用一根纖細的奈米取樣針，反覆去試圖剝取一顆0.000001毫克不到的顆粒……這個動作已經持續了不止兩個小時，此刻，地研院研究員李婷身體僵直、眼睛酸脹。但她不想放棄，這個在顯微鏡下都可能倏忽不見的“小東西”，實在太珍貴了。
被她稱作“小東西”的就是嫦娥五號月壤樣品。
2020年12月17日，嫦娥五號攜帶1731克月球樣品返回地球。對月球樣品的申請，競爭異常激烈，一共有23家高校和科研院所的85份申請通過初審，經現場答辯，最終僅13家單位31份申請通過評審，通過率僅為36.5%。
2021年7月12日，第一批50毫克的月壤抵達地研院。
黃志新至今記得這個日子，這位地研院第一批月球樣品負責人告訴記者，“這50毫克中，我們簽訂的協議規定只能損耗20毫克。”
20毫克是什麼概念？
“大概就是1顆大點的米粒吧。”就連已坐慣了實驗室顯微鏡下工作的李婷都坦言：“月壤是極其珍貴的，即使這麼微小的顆粒，也不能白白損耗掉。”
分樣過程是月壤研究中“最刺激、最緊張”的環節，毫不誇張地說是用“激動的心”強穩“顫抖的手”。
分樣在超凈室中進行，兩人一起進入操作，需要穿著專用的實驗服和手套，全程由攝像頭監控。在開啟樣品之前，團隊制定了實驗計劃，包括取樣步驟、取出的樣品量、分成多少份、每份各自多少量、針對不同實驗如何分裝、如何轉移等等。
在此次月壤研究中，李婷負責需要將成千上萬的微小顆粒按實驗設計挑選分類。“分取使用的天平是百萬級天平，可以精確到0.001毫克。最困難的是要稱取數份0.1毫克樣品——一顆綠豆大約80毫克，相當於他們需要取1/800顆綠豆，手稍抖一下就超量了。”李婷說。
她告訴記者，如此少的樣品必須儘量一次性稱準。每次稱量都先是目估，死死盯著取樣勺裏幾乎看不見的“小黑點”，再三權衡，估摸著不能超量才敢倒入樣品槽中。每個空樣品槽稱三遍，放入樣品後再稱三遍，以確保稱量準確。
“通常我們挑選地球樣品時，可以將凡士林等有一定黏性的物質塗抹在針上幫助‘蘸取’樣品，再穩妥地轉移到其他地方。而月壤的挑選不允許引入外來‘污染’，只能靠針尖和顆粒之間摩擦產生的一點靜電吸附住樣品，經常針尖推著樣品在玻璃片上來回跑，就是取不起來，每每這個時候都既絕望又崩潰。”李婷說。
只能深呼吸，穩住崩潰的情緒和僵硬的肩膀，一遍遍嘗試。這些顆粒中，小的不足頭髮直徑的1/100，大的有一根頭髮粗細。
一次又一次的失敗重來，和這批樣品“死磕”了兩個多月，“小東西”終於被李婷手中玻璃絲的細尖捕獲——新礦物取樣成功！
反覆的操作，讓李婷對月壤樣品的了解格外深刻，面對這批樣品分析獲得的大量數據時，這個心細的姑娘有了一個重大發現：“有一種含鈣的磷酸鹽礦物，它含有的稀土元素遠遠高於我們以往認識的此類礦物結構中可以達到的數量，意味著這是一顆我們認知以外的新礦物。”
然而，它在哪？這種礦物太少太小，在這批樣品中無法找到一顆較好的顆粒能夠讓科研團隊破譯它的結構。
破譯，十四萬分之一的可能
2021年隆冬的一個週六，整棟辦公樓都空空蕩蕩的。
“安靜、喘氣的聲音都清晰可聞。”在實驗室小心翼翼度過的這8個小時，讓鐘軍至今記憶猶新。就是那一刻，他所在的地研院月球團隊成功分離出了一粒微米級礦物，為他們的新發現奠定了基礎。
掃描電鏡反覆確認、準確定位所需分離切割的礦物，高能的聚焦離子束從礦物四週進行斜向切割，底部斜向“入刀”使目標礦物實現和周圍圍岩分離，掃描電鏡的倉口探入比頭髮絲還細的鎢針，聚焦離子束對鎢針整形後，用鉑蒸汽將其焊接到分離的目標礦物之上，採集完的目標礦物從儀器艙中取出，放入特製的樣品保管“膠囊”， 將其帶至下一步開展晶體結構分析的實驗室……
通過對第一批月壤科研樣品開展系統研究，團隊發現了新礦物的蹤跡，並測定該礦物的化學組成，但由於新礦物顆粒太小太少，一直無法獲得新礦物的理想晶體結構參數，必須要借助新的月壤樣品進一步尋找符合條件的大顆粒標本，才有可能全面證實。
作為“接棒人”，鐘軍圍繞核能鈾釷裂變元素研究主題，反覆斟酌挑選了擬申請的最為合適的月球樣品。他閱讀了大量文獻，和團隊成員反覆探討，不斷優化和完善借用申請及彙報材料。
最終，他們的材料從240多份申請中脫穎而出，成功借用到1件月球光片樣品。
鐘軍回憶，一拿到光片，科研團隊立刻採用原位微區測試分析方法開展礦物尺度的研究，首先對整個樣品的所有礦物進行了快速面掃描，在接近14萬個的礦物/岩屑顆粒中，成功“抓取”了幾顆僅有頭髮絲直徑十分之一大小的富含稀土的磷酸鹽礦物顆粒。
“要想驗證新礦物的存在，就要把這幾個顆粒切出來，做礦物單晶的晶體結構精確解譯。而相對較大、平面上看成分較純的，適合我們做解構的潛在目標礦物僅有3粒，極為細小稀有。”鐘軍說。
最終，確定了唯一一顆可用於後續驗證的顆粒。
李婷所帶的礦物研究團隊，利用單晶X射線衍射儀對潛在的新礦物，開展了後續的精細結構解譯，確定了這個新礦物。
這並不是地研院在地質分析中所發現的第一個新礦物。過去3年，李婷所在的團隊已經先後主導和參與發現5種地球新礦物。
每一種礦物樣品，都是被這樣一隻白皙纖細的手撥入顯微鏡下不斷觀察……有同事說，或許只有李婷自己知道，在長達兩個多月的月壤樣品分類中累到肩胛骨脫扣的痛苦；坐在實驗室裏，全世界就只剩顯微鏡下直徑不過一釐米光區的漫長時光……
每個亮如星辰的成就瞬間，背後都是長年累月的默默無聞。
溯源，科學探索背後無限的好奇心
是什麼讓他們抓住了這十四萬分之一的機會？
勤奮、團結、用心、專注……團隊22個人成員，每個人都有自己的答案，然而所有這些答案匯聚到一起，恰恰就是那句“機會只留給有準備的人”。
2020年11月，在李子穎帶領下，地研院月球研究團隊經過無數次研究討論後，確定了以月球核能裂變和聚變元素為主要研究方向。隨後，地研院組建了月球樣品分析檢測實驗室。
“完善月球樣品申請管理使用制度，構建月球樣品保存及處理潔凈間，模擬樣品演練，這三項任務從那一刻就齊頭並進準備起來了。”地研院分析測試所所長郭冬發說。
事實上，任何重大科研成果的獲得都不可能來自臨時抱佛腳。郭冬發舉例：“比如，月球樣品處理潔凈間原來是專門為做特殊樣品保留的潔凈間，環境長期以來保持乾淨整潔——這間‘凈室’成了我們開展月壤研究不可或缺的重要場所。”
前沿基礎科學是推動人類文明進步的原動力，基礎研究一旦產生成果，那很有可能就是顛覆性的、革命性的。月球樣品研究，是典型的前沿基礎科學研究，它能推動和帶動一系列相關科學技術進步。
“這是一條相當漫長而曲折的道路，無論經費、時間、精力，所有的投入都必然是有限的，而唯一無限的是科學家的好奇心。”在李子穎的眼中，看待此刻的成就，絕不能僅局限于拿到月壤後做了什麼，更是與半個多世紀以來，核地質科學家們不斷探索更多未知的創新實踐息息相關。
“新礦物獲得批准了，但名稱沒有通過。”
今年6月底，當李子穎將這個消息告訴團隊成員時，大家的心都是猛地一跌。
“嫦娥石”是這支團隊為它精心挑選的名字。而與之相應的英文名字“changeite”，因為與此前已發現的礦物“changoite”太接近，而被否決。名稱沒通過，就意味著這項成果暫時還無法發佈。
“一個名字而已，改掉吧，按照國際慣例改成以我國地質領域名人或本身的物質結構來命名吧。嫦娥？外國人根本無法理解。”很多人都在給李子穎建議。
李子穎始終沒有回答。
“changeite”“changeite”這個名字被他每天一遍又一遍地劃在紙上。
“我始終不想改變嫦娥石這個名字，我想把這個寄託著中國航太探測精神的美麗傳說講給世界聽，它必然是動人的。我肯定能找到一個既有中國特色而且也符合國際慣例的英文名字。”李子穎說。
稍做修改後，“changesite”這個名字帶著更豐富的內涵被提交了上去。
“首先，這是紀念我國嫦娥工程首次取回的月球樣品；然後，它明確了該礦物來自中國傳統神話‘嫦娥’(Chang’E)的居住地(site)，即月球；同時也表明該礦物取自嫦娥五號的降落點；最後，‘S’既是中文‘石-Shi’又是英文‘石-Stone’開頭的第一個字母，從發音上也更接近嫦娥石，國內國際都很好理解。”李子穎說。
團隊將新的英文名稱提交申請了。
等了一個多月，該礦物獲國際礦物協會新礦物命名及分類委員會的批准，最終名稱為“嫦娥石”，英文Changesite-(Y)。
從此，月亮上有了嫦娥石。
中青報·中青網記者 邱晨輝 通訊員 楊阿卓 來源：中國青年報
2022年09月19日 08 版
