嫦娥石(Changesite-(Y) ),屬于磷酸鹽礦物,屬于隕磷鈉鎂鈣石(Merrillite)族,理想化學式為(Ca8Y)□Fe2+(PO4)7,為無色、透明柱狀晶體,存在于月球玄武巖中,由核工業北京地質研究院研究團隊于嫦娥五號探測器月壤中首次發現,經國際礦物學會(IMA)新礦物分類及命名委員會(CNMNC)投票通過確認為新礦物。
嫦娥石晶體結構屬三方晶系,空間群R3c。顆粒約2~30微米,呈微小柱狀,具有異常高的Y和ree元素含量,伴生礦物有鐵橄欖石、單斜輝石、鈦鐵礦、鈣長石、斜鋯石、方石英、隕硫鐵和玻璃等。研究團隊對其進行了拉曼光譜分析技術、晶體光性描述、物理性質計算等,通過系統詳盡的礦物學研究,最終成功確定其為一種從未被發現過的磷酸鹽新礦物。2022年9月9日,核工程北京地質研究院將其命名為“嫦娥石”。
嫦娥石是中國發現的首個月球新礦物,也是人類發現的第六個月球新礦物。2022年9月21日,國家原子能機構在北京發布核技術應用領域十件大事,其中包括核技術助力發現月球新礦物“嫦娥石”。
發現與命名
礦物發現
2020年12月17日,嫦娥五號返回器攜帶1731克月球樣品成功著陸四子王旗,實現了中國首次地外天體采樣返回,這也是人類時隔40多年再次將月球樣品帶回地球,使中國成為第三個成功采集月球樣品的國家。
2021年7月29日,國家航天局正式公布第二批月球科研樣品計劃,核地研院團隊積極申請,獲得了一件光片樣品。這次的樣品僅15毫克左右,大約相當于三四顆芝麻粒大小。在第一個樣品的基礎上,研究團隊統計了第二個樣品靶上14萬余個顆粒,終于找到了疑似新礦物的一些蹤跡。但有希望測到單晶的只有一顆,而這一顆還裂成了三小塊。在分析之前,要先對月壤進行分類再進行研究。不能用儀器進行分類,因為儀器上會附著月壤,造成浪費。只能使用聚焦離子束電鏡切出了一顆10×7×4微米的純單晶顆粒,然后將顆粒轉移到單晶衍射上收集衍射數據,解譯出新礦物的晶體結構。
經過一系列的拉曼光譜分析、晶體光性描述、物理性質計算等系統詳盡的礦物學研究,2021年底,研究團隊確定,這是一種從未被發現過的磷酸鹽礦物。
2022年9月9日,國家航天局、國家原子能機構聯合在京發布嫦娥五號最新科學成果,中國科學家團隊首次在月球上發現新礦物,并命名為“嫦娥石”。該礦物是人類在月球上發現的第六種新礦物,中國成為世界上第三個在月球發現新礦物的國家。同年9月21日,國家原子能機構在北京發布核技術應用領域十件大事,其中包括核技術助力發現月球新礦物“嫦娥石”。
礦物命名
核地研院將月球新礦物命名為“嫦娥石”,英文名暫定為Changeite-(Y)。報告提交給國際礦物協會新礦物分類及命名委員會。雖然新礦物獲得批準,名稱卻未通過。因為嫦娥石的英文名Changeite-(Y)和一種已知礦物的英文名Changoite太相似。反復思考后,他們找到了一個既有中國特色也符合國際慣例的英文名字——Changesite。這是紀念中國嫦娥工程首次取回的月球樣品,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(Chang'E)的降落點(site)。此外,S既是中文“石”的拼音首字母又是英文“Stone(石頭)”首字母。該名字最終獲得國際礦物協會新礦物命名及分類委員會通過批準,批準號為IMA2022-023a。
主要特性
物理性質
嫦娥石發現于嫦娥五號探測器月壤的玄武巖碎屑中,是一種新發現的磷酸鹽礦物。顆粒大小約2~30 μm,呈無色、透明的微小柱狀晶體。
結構特征
嫦娥石的理想化學式為(Ca8Y)□Fe2+(PO4)7,晶體結構屬三方晶系,空間群R3c。中國科學院地球化學研究所研究人員通過分析嫦娥石的化學成分發現,以56個O原子為基準,嫦娥石中的Y+REE原子數可達1-2.3。(Y+REE)3+ 取代Ca2+,并主要通過Na+位置存在的空位實現電荷平衡;當Y+REE原子數超過2時,電荷平衡則通過Si4+取代P5+完成。
礦物形成
嫦娥五號探測器玄武巖具有很高的不相容元素含量,隨著巖漿結晶分異的進行,不相容元素更加傾向富集于殘余熔體。熱力學計算表明,當嫦娥五號玄武巖分離結晶程度達75%時,殘余熔體進入硅酸鹽液相不混溶區,分離形成“富鐵”和“富硅”兩相不混溶的熔體,而P、Y和REE等高場強元素優先進入“富鐵”熔體。嫦娥石存在于嫦娥五號玄武巖結晶晚期由殘余熔體固化形成的粒間填隙物中,并且該區域具有明顯的液相不混溶特征。因此,研究人員提出嫦娥石的發現進一步指示嫦娥五號探測器玄武巖化學組成的特殊性,而巖漿的高度分異疊加硅酸鹽液相不混溶作用,促成異常富集Y和REE元素的嫦娥石的形成。?嫦娥石伴生礦物有鐵橄欖石、單斜輝石、鈦鐵礦、鈣長石、斜鋯石、方石英、隕硫鐵和玻璃等。
意義及評價
嫦娥石是人類在月球上發現的第六種新礦物,中國成為繼美國、前蘇聯后,世界上第三個在月球發現新礦物的國家。
“嫦娥石”是繼“廣寒官”“織女”“河鼓”等35個月球地理實體命名后,月球科學探索領域又一具有中國文化特色、并被國際社會認可的月球相關名稱。
嫦娥石的被認定,一方面體現了中國現代科技和工程技術水平,另一方面也是中國人對人類開展月球研究和深空探測的貢獻。(新華社評)
“嫦娥石”的發現作為中國天體礦物學研究的重大突破性成果,為月球起源和演化研究提供了重要線索,為研究深空樣品積累了寶貴經驗。(中國航天科技集團評)
“嫦娥石”的發現是礦物學基礎研究領域的重大突破,是從0到1的原創性成果,豐富了人類礦物學寶庫的內容,促進了礦物學學科的發展。(華東理工大學評)
參考資料 >
尋石記——發現嫦娥石.光明日報.2024-05-21
研究揭示嫦娥五號月壤中二氧化硅高壓相和新礦物嫦娥石成因.中國科學院.2024-04-05
中國科學家首次在月球上發現新礦物“嫦娥石”.人民日報.2024-01-22
中國人從月球“挖”來“嫦娥石”.中國科學院.2024-04-05
中國科學家首次在月球上發現新礦物“嫦娥石”.環球網.2022-09-09
核技術應用領域十件大事發布.中國科技網.2024-01-22
“嫦娥石”:中國人首次發現月球新礦物.人民網.2024-04-10
科普 | “嫦娥石”-我國科學家首次發現月球新礦物.微信公眾平臺-甘肅省科學技術普及學會.2024-01-22
嫦娥五號科學成果發布活動.國家航天局.2024-01-22
嫦娥石:中國首次發現的月球新礦物.新華網.2024-04-10
中國科學家首次發現月球新礦物 命名為“嫦娥石”.國務院國有資產監督管理委員會.2024-04-24
我校校友李子穎團隊發現月球新礦物“嫦娥石”.華東理工大學.2024-04-24