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      月球嫦娥石發(fā)現(xiàn)記:破譯,十四萬分之一的可能

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      月球嫦娥石發(fā)現(xiàn)記:破譯,十四萬分之一的可能

      2022年09月19日 06:28 來源:中國青年報
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        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

        9月9日,北京阜成路甲8號,國家航天局和國家原子能機構(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?!?/p>

        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?!?/p>

        20毫克是什么概念?

        “大概就是1顆大點的米粒吧?!本瓦B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?!?/p>

        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?!胺秩∈褂玫奶炱绞前偃f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?!崩铈谜f。

        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?!崩铈谜f。

        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?!?/p>

        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?!痹趯嶒炇倚⌒囊硪矶冗^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?!辩娷娬f。

        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?!钡匮性悍治鰷y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?!?/p>

        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?!痹诶钭臃f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?!崩钭臃f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。

        中青報·中青網(wǎng)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

      【編輯:房家梁】
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