每個亮如星辰的成就瞬間，背后都是長年累月的默默無聞
月球嫦娥石發(fā)現(xiàn)記
月球樣本顯微鏡照片。國家航天局、國家原子能機(jī)構(gòu)、中核集團(tuán)核地研院供圖
月球樣品廬山真面目。國家航天局、國家原子能機(jī)構(gòu)、中核集團(tuán)核地研院供圖
科研團(tuán)隊工作場景。中核集團(tuán)核地研院供圖
9月9日，北京阜成路甲8號，國家航天局和國家原子能機(jī)構(gòu)所在地。
還有一天，就是中秋佳節(jié)了，這里向外界宣布中國科學(xué)家首次在月球發(fā)現(xiàn)新礦物，命名為“嫦娥石”。消息發(fā)布后引發(fā)關(guān)注，不少網(wǎng)友稱之為“來自月球的中秋禮物”。
這是我國首次發(fā)現(xiàn)的月球新礦物，也是國際上發(fā)現(xiàn)的第6個月球新礦物。它的發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)月球新礦物的國家。
當(dāng)天，58歲的中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院（以下簡稱地研院）月球研究團(tuán)隊牽頭人李子穎站在發(fā)布會上難掩激動之情，就是他帶領(lǐng)團(tuán)隊經(jīng)過了1年多的努力，發(fā)現(xiàn)了這種月球新礦物。
在接受中青報·中青網(wǎng)記者采訪時，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(xiàn)實。”
打開，1粒“大米”的世界
夜色已經(jīng)很濃。
坐在桌前，盯著顯微鏡，用一根纖細(xì)的納米取樣針，反復(fù)去試圖剝?nèi)∫活w0.000001毫克不到的顆粒……這個動作已經(jīng)持續(xù)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(jīng)現(xiàn)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(dá)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(fù)責(zé)人告訴記者，“這50毫克中，我們簽訂的協(xié)議規(guī)定只能損耗20毫克。”
20毫克是什么概念？
“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，即使這么微小的顆粒，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(huán)節(jié)，毫不夸張地說是用“激動的心”強(qiáng)穩(wěn)“顫抖的手”。
分樣在超凈室中進(jìn)行，兩人一起進(jìn)入操作，需要穿著專用的實驗服和手套，全程由攝像頭監(jiān)控。在開啟樣品之前，團(tuán)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(zhuǎn)移等等。
在此次月壤研究中，李婷負(fù)責(zé)需要將成千上萬的微小顆粒按實驗設(shè)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(shù)份0.1毫克樣品——一顆綠豆大約80毫克，相當(dāng)于他們需要取1/800顆綠豆，手稍抖一下就超量了。”李婷說。
她告訴記者，如此少的樣品必須盡量一次性稱準(zhǔn)。每次稱量都先是目估，死死盯著取樣勺里幾乎看不見的“小黑點”，再三權(quán)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，放入樣品后再稱三遍，以確保稱量準(zhǔn)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(zhì)涂抹在針上幫助‘蘸取’樣品，再穩(wěn)妥地轉(zhuǎn)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(chǎn)生的一點靜電吸附住樣品，經(jīng)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(wěn)住崩潰的情緒和僵硬的肩膀，一遍遍嘗試。這些顆粒中，小的不足頭發(fā)直徑的1/100，大的有一根頭發(fā)粗細(xì)。
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”終于被李婷手中玻璃絲的細(xì)尖捕獲——新礦物取樣成功！
反復(fù)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(shù)據(jù)時，這個心細(xì)的姑娘有了一個重大發(fā)現(xiàn)：“有一種含鈣的磷酸鹽礦物，它含有的稀土元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我們以往認(rèn)識的此類礦物結(jié)構(gòu)中可以達(dá)到的數(shù)量，意味著這是一顆我們認(rèn)知以外的新礦物。”
然而，它在哪里？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(tuán)隊破譯它的結(jié)構(gòu)。
破譯，十四萬分之一的可能
2021年隆冬的一個周六，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(tuán)隊成功分離出了一粒微米級礦物，為他們的新發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
掃描電鏡反復(fù)確認(rèn)、準(zhǔn)確定位所需分離切割的礦物，高能的聚焦離子束從礦物四周進(jìn)行斜向切割，底部斜向“入刀”使目標(biāo)礦物實現(xiàn)和周圍圍巖分離，掃描電鏡的倉口探入比頭發(fā)絲還細(xì)的鎢針，聚焦離子束對鎢針整形后，用鉑蒸汽將其焊接到分離的目標(biāo)礦物之上，采集完的目標(biāo)礦物從儀器艙中取出，放入特制的樣品保管“膠囊”，將其帶至下一步開展晶體結(jié)構(gòu)分析的實驗室……
通過對第一批月壤科研樣品開展系統(tǒng)研究，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了新礦物的蹤跡，并測定該礦物的化學(xué)組成，但由于新礦物顆粒太小太少，一直無法獲得新礦物的理想晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)，必須要借助新的月壤樣品進(jìn)一步尋找符合條件的大顆粒標(biāo)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，反復(fù)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(xiàn)，和團(tuán)隊成員反復(fù)探討，不斷優(yōu)化和完善借用申請及匯報材料。
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(tuán)隊立刻采用原位微區(qū)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(jìn)行了快速面掃描，在接近14萬個的礦物/巖屑顆粒中，成功“抓取”了幾顆僅有頭發(fā)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(jié)構(gòu)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(gòu)的潛在目標(biāo)礦物僅有3粒，極為細(xì)小稀有。”鐘軍說。
最終，確定了唯一一顆可用于后續(xù)驗證的顆粒。
李婷所帶的礦物研究團(tuán)隊，利用單晶X射線衍射儀對潛在的新礦物，開展了后續(xù)的精細(xì)結(jié)構(gòu)解譯，確定了這個新礦物。
這并不是地研院在地質(zhì)分析中所發(fā)現(xiàn)的第一個新礦物。過去3年，李婷所在的團(tuán)隊已經(jīng)先后主導(dǎo)和參與發(fā)現(xiàn)5種地球新礦物。
每一種礦物樣品，都是被這樣一只白皙纖細(xì)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(dá)兩個多月的月壤樣品分類中累到肩胛骨脫扣的痛苦；坐在實驗室里，全世界就只剩顯微鏡下直徑不過一厘米光區(qū)的漫長時光……
每個亮如星辰的成就瞬間，背后都是長年累月的默默無聞。
溯源，科學(xué)探索背后無限的好奇心
是什么讓他們抓住了這十四萬分之一的機(jī)會？
勤奮、團(tuán)結(jié)、用心、專注……團(tuán)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(jī)會只留給有準(zhǔn)備的人”。
2020年11月，在李子穎帶領(lǐng)下，地研院月球研究團(tuán)隊經(jīng)過無數(shù)次研究討論后，確定了以月球核能裂變和聚變元素為主要研究方向。隨后，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(gòu)建月球樣品保存及處理潔凈間，模擬樣品演練，這三項任務(wù)從那一刻就齊頭并進(jìn)準(zhǔn)備起來了。”地研院分析測試所所長郭冬發(fā)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(fā)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(huán)境長期以來保持干凈整潔——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(chǔ)科學(xué)是推動人類文明進(jìn)步的原動力，基礎(chǔ)研究一旦產(chǎn)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(chǔ)科學(xué)研究，它能推動和帶動一系列相關(guān)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。
“這是一條相當(dāng)漫長而曲折的道路，無論經(jīng)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(xué)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后做了什么，更是與半個多世紀(jì)以來，核地質(zhì)科學(xué)家們不斷探索更多未知的創(chuàng)新實踐息息相關(guān)。
“新礦物獲得批準(zhǔn)了，但名稱沒有通過。”
今年6月底，當(dāng)李子穎將這個消息告訴團(tuán)隊成員時，大家的心都是猛地一跌。
“嫦娥石”是這支團(tuán)隊為它精心挑選的名字。而與之相應(yīng)的英文名字“changeite”，因為與此前已發(fā)現(xiàn)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(fā)布。
“一個名字而已，改掉吧，按照國際慣例改成以我國地質(zhì)領(lǐng)域名人或本身的物質(zhì)結(jié)構(gòu)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，我想把這個寄托著中國航天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。
稍做修改后，“changesite”這個名字帶著更豐富的內(nèi)涵被提交了上去。
“首先，這是紀(jì)念我國嫦娥工程首次取回的月球樣品；然后，它明確了該礦物來自中國傳統(tǒng)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；最后，‘S’既是中文‘石-Shi’又是英文‘石-Stone’開頭的第一個字母，從發(fā)音上也更接近嫦娥石，國內(nèi)國際都很好理解。”李子穎說。
團(tuán)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(xié)會新礦物命名及分類委員會的批準(zhǔn)，最終名稱為“嫦娥石”，英文Changesite-(Y)。
從此，月亮上有了嫦娥石。（記者邱晨輝通訊員楊阿卓）
(責(zé)任編輯：張云文)
