月球嫦娥石發(fā)現(xiàn)記

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?！@個(gè)動(dòng)作已經(jīng)持續(xù)了不止兩個(gè)小時(shí)，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(gè)在顯微鏡下都可能倏忽不見(jiàn)的“小東西”，實(shí)在太珍貴了。

被她稱作“小東西”的就是嫦娥五號(hào)月壤樣品。

2020年12月17日，嫦娥五號(hào)攜帶1731克月球樣品返回地球。對(duì)月球樣品的申請(qǐng)，競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，一共有23家高校和科研院所的85份申請(qǐng)通過(guò)初審，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)答辯，最終僅13家單位31份申請(qǐng)通過(guò)評(píng)審，通過(guò)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(gè)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(diǎn)的米粒吧?！本瓦B已坐慣了實(shí)驗(yàn)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(guò)程是月壤研究中“最刺激、最緊張”的環(huán)節(jié)，毫不夸張地說(shuō)是用“激動(dòng)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(shí)驗(yàn)服和手套，全程由攝像頭監(jiān)控。在開(kāi)啟樣品之前，團(tuán)隊(duì)制定了實(shí)驗(yàn)計(jì)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(duì)不同實(shí)驗(yàn)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(wàn)的微小顆粒按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)挑選分類?！胺秩∈褂玫奶炱绞前偃f(wàn)級(jí)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(shuō)。

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(jiàn)的“小黑點(diǎn)”，再三權(quán)衡，估摸著不能超量才敢倒入樣品槽中。每個(gè)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(shí)，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(lái)‘污染’，只能靠針尖和顆粒之間摩擦產(chǎn)生的一點(diǎn)靜電吸附住樣品，經(jīng)常針尖推著樣品在玻璃片上來(lái)回跑，就是取不起來(lái)，每每這個(gè)時(shí)候都既絕望又崩潰?！崩铈谜f(shuō)。

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(lái)，和這批樣品“死磕”了兩個(gè)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(duì)月壤樣品的了解格外深刻，面對(duì)這批樣品分析獲得的大量數(shù)據(jù)時(shí)，這個(gè)心細(xì)的姑娘有了一個(gè)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(shí)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(wú)法找到一顆較好的顆粒能夠讓科研團(tuán)隊(duì)破譯它的結(jié)構(gòu)。

破譯，十四萬(wàn)分之一的可能

2021年隆冬的一個(gè)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?shí)驗(yàn)室小心翼翼度過(guò)的這8個(gè)小時(shí)，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(duì)成功分離出了一粒微米級(jí)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(shí)現(xiàn)和周圍圍巖分離，掃描電鏡的倉(cāng)口探入比頭發(fā)絲還細(xì)的鎢針，聚焦離子束對(duì)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(kāi)展晶體結(jié)構(gòu)分析的實(shí)驗(yàn)室……

通過(guò)對(duì)第一批月壤科研樣品開(kāi)展系統(tǒng)研究，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了新礦物的蹤跡，并測(cè)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(wú)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(shí)。

作為“接棒人”，鐘軍圍繞核能鈾釷裂變?cè)匮芯恐黝}，反復(fù)斟酌挑選了擬申請(qǐng)的最為合適的月球樣品。他閱讀了大量文獻(xiàn)，和團(tuán)隊(duì)成員反復(fù)探討，不斷優(yōu)化和完善借用申請(qǐng)及匯報(bào)材料。

最終，他們的材料從240多份申請(qǐng)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(duì)立刻采用原位微區(qū)測(cè)試分析方法開(kāi)展礦物尺度的研究，首先對(duì)整個(gè)樣品的所有礦物進(jìn)行了快速面掃描，在接近14萬(wàn)個(gè)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(yàn)證新礦物的存在，就要把這幾個(gè)顆粒切出來(lái)，做礦物單晶的晶體結(jié)構(gòu)精確解譯。而相對(duì)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(shuō)。

最終，確定了唯一一顆可用于后續(xù)驗(yàn)證的顆粒。

李婷所帶的礦物研究團(tuán)隊(duì)，利用單晶X射線衍射儀對(duì)潛在的新礦物，開(kāi)展了后續(xù)的精細(xì)結(jié)構(gòu)解譯，確定了這個(gè)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(gè)新礦物。過(guò)去3年，李婷所在的團(tuán)隊(duì)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(shuō)，或許只有李婷自己知道，在長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)多月的月壤樣品分類中累到肩胛骨脫扣的痛苦；坐在實(shí)驗(yàn)室里，全世界就只剩顯微鏡下直徑不過(guò)一厘米光區(qū)的漫長(zhǎng)時(shí)光……

每個(gè)亮如星辰的成就瞬間，背后都是長(zhǎng)年累月的默默無(wú)聞。

溯源，科學(xué)探索背后無(wú)限的好奇心

是什么讓他們抓住了這十四萬(wàn)分之一的機(jī)會(huì)？

勤奮、團(tuán)結(jié)、用心、專注……團(tuán)隊(duì)22個(gè)人成員，每個(gè)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(huì)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(duì)經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次研究討論后，確定了以月球核能裂變和聚變?cè)貫橹饕芯糠较颉ｋS后，地研院組建了月球樣品分析檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室。

“完善月球樣品申請(qǐng)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(xiàng)任務(wù)從那一刻就齊頭并進(jìn)準(zhǔn)備起來(lái)了?！钡匮性悍治鰷y(cè)試所所長(zhǎng)郭冬發(fā)說(shuō)。

事實(shí)上，任何重大科研成果的獲得都不可能來(lái)自臨時(shí)抱佛腳。郭冬發(fā)舉例：“比如，月球樣品處理潔凈間原來(lái)是專門為做特殊樣品保留的潔凈間，環(huán)境長(zhǎng)期以來(lái)保持干凈整潔——這間‘凈室’成了我們開(kāi)展月壤研究不可或缺的重要場(chǎng)所?！?/p>

前沿基礎(chǔ)科學(xué)是推動(dòng)人類文明進(jìn)步的原動(dòng)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(dòng)和帶動(dòng)一系列相關(guān)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步。

“這是一條相當(dāng)漫長(zhǎng)而曲折的道路，無(wú)論經(jīng)費(fèi)、時(shí)間、精力，所有的投入都必然是有限的，而唯一無(wú)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(gè)多世紀(jì)以來(lái)，核地質(zhì)科學(xué)家們不斷探索更多未知的創(chuàng)新實(shí)踐息息相關(guān)。

“新礦物獲得批準(zhǔn)了，但名稱沒(méi)有通過(guò)?！?/p>

今年6月底，當(dāng)李子穎將這個(gè)消息告訴團(tuán)隊(duì)成員時(shí)，大家的心都是猛地一跌。

“嫦娥石”是這支團(tuán)隊(duì)為它精心挑選的名字。而與之相應(yīng)的英文名字“changeite”，因?yàn)榕c此前已發(fā)現(xiàn)的礦物“changoite”太接近，而被否決。名稱沒(méi)通過(guò)，就意味著這項(xiàng)成果暫時(shí)還無(wú)法發(fā)布。

“一個(gè)名字而已，改掉吧，按照國(guó)際慣例改成以我國(guó)地質(zhì)領(lǐng)域名人或本身的物質(zhì)結(jié)構(gòu)來(lái)命名吧。嫦娥？外國(guó)人根本無(wú)法理解?！焙芏嗳硕荚诮o李子穎建議。

李子穎始終沒(méi)有回答。

“changeite”“changeite”這個(gè)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(gè)名字，我想把這個(gè)寄托著中國(guó)航天探測(cè)精神的美麗傳說(shuō)講給世界聽(tīng)，它必然是動(dòng)人的。我肯定能找到一個(gè)既有中國(guó)特色而且也符合國(guó)際慣例的英文名字?！崩钭臃f說(shuō)。

稍做修改后，“changesite”這個(gè)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(guó)嫦娥工程首次取回的月球樣品；然后，它明確了該礦物來(lái)自中國(guó)傳統(tǒng)神話‘嫦娥’（Chang’E）的居住地（site），即月球；同時(shí)也表明該礦物取自嫦娥五號(hào)的降落點(diǎn)；最后，‘S’既是中文‘石-Shi’又是英文‘石-Stone’開(kāi)頭的第一個(gè)字母，從發(fā)音上也更接近嫦娥石，國(guó)內(nèi)國(guó)際都很好理解?！崩钭臃f說(shuō)。

團(tuán)隊(duì)將新的英文名稱提交申請(qǐng)了。

等了一個(gè)多月，該礦物獲國(guó)際礦物協(xié)會(huì)新礦物命名及分類委員會(huì)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）