嫦娥石
中国科学家首次在月球上发现的新矿物
嫦娥石(Changesite-(Y) ),属于磷酸盐矿物,理想化学式为(Ca8Y)□Fe2+(PO4)7,为无色、透明柱状晶体,存在于月球玄武岩中,由核工业北京地质研究院研究团队于嫦娥五号探测器月壤中首次发现,经国际矿物学会(IMA)新矿物分类及命名委员会(CNMNC)投票通过确认为新矿物。
嫦娥石晶体结构属三方晶系空间群R3c。颗粒约2~30微米,呈微小柱状,具有异常高的Y和ree元素含量,伴生矿物有铁橄榄石、单斜辉石钛铁矿钙长石斜锆石、方石英、陨硫铁玻璃等。研究团队对其进行了拉曼光谱分析技术、晶体光性描述、物理性质计算等,通过系统详尽的矿物学研究,最终成功确定其为一种从未被发现过的磷酸盐新矿物。2022年9月9日,核工程北京地质研究院将其命名为“嫦娥石”。
嫦娥石是中国发现的首个月球新矿物,也是人类发现的第六个月球新矿物。2022年9月21日,嫦娥石被国家原子能机构列入核技术应用领域十件大事之一。
发现与命名
矿物发现
2020年12月17日,嫦娥五号返回器携带1731克月球样品成功着陆四子王旗,实现了中国首次地外天体采样返回,这也是人类时隔44年再次将月球样品带回地球
2021年7月29日,国家航天局正式公布第二批月球科研样品计划,核地研院团队积极申请,获得了一件光片样品。这次的样品仅15毫克左右,大约相当于三四颗芝麻粒大小。在第一个样品的基础上,研究团队统计了第二个样品靶上14万余个颗粒,终于找到了疑似新矿物的一些踪迹。但有希望测到单晶的只有一颗,而这一颗还裂成了三小块。在分析之前,要先对月壤进行分类再进行研究。不能用仪器进行分类,因为仪器上会附着月壤,造成浪费。只能使用聚焦离子束电镜切出了一颗10×7×4微米的纯单晶颗粒,然后将颗粒转移到单晶衍射上收集衍射数据,最后团队利用X射线矿物衍射分析仪对颗粒进行研究,解译出疑似新矿物颗粒的晶体结构
经过一系列的拉曼光谱分析、晶体光性描述、物理性质计算等系统详尽的矿物学研究,2021年底,研究团队确定,这是一种从未被发现过的磷酸盐矿物。
2022年9月9日,国家航天局国家原子能机构联合在京发布嫦娥五号最新科学成果,中国科学家团队首次在月球上发现新矿物,并命名为“嫦娥石”。该矿物是人类在月球上发现的第六种新矿物,中国成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。同年9月21日,国家原子能机构在北京发布核技术应用领域十件大事,其中包括核技术助力发现月球新矿物“嫦娥石”。
矿物命名
核地研院将月球新矿物命名为“嫦娥石”,英文名暂定为Changeite-(Y)。报告提交给国际矿物协会新矿物分类及命名委员会。虽然新矿物获得批准,名称却未通过。因为嫦娥石的英文名Changeite-(Y)和一种已知矿物的英文名Changoite太相似。反复思考后,他们找到了一个既有中国特色也符合国际惯例的英文名字——Changesite。这是纪念中国嫦娥工程首次取回的月球样品,明确了该矿物来自中国传统神话嫦娥(Chang'E)的居住地(site),即月球。同时也表明该矿物取自嫦娥五(Chang'E)的降落点(site)。此外,S既是中文“石”的拼音首字母又是英文“Stone(石头)”首字母。该名字最终获得国际矿物协会新矿物命名及分类委员会通过批准,批准号为IMA2022-023a。
主要特性
物理性质
嫦娥石发现于嫦娥五号探测器月壤的玄武岩碎屑中,是一种新发现的磷酸盐矿物。颗粒大小约2~30 μm,呈无色、透明的微小柱状晶体
结构特征
嫦娥石的理想化学式为(Ca8Y)□Fe2+(PO4)7,晶体结构属三方晶系空间群R3c。中国科学院地球化学研究所研究人员通过分析嫦娥石的化学成分发现,以56个O原子为基准,嫦娥石中的Y+REE原子数可达1-2.3。(Y+REE)3+ 取代Ca2+,并主要通过Na+位置存在的空位实现电荷平衡;当Y+REE原子数超过2时,电荷平衡则通过Si4+取代P5+完成。
矿物形成
嫦娥五号探测器玄武岩具有很高的不相容元素含量,随着岩浆结晶分异的进行,不相容元素更加倾向富集于残余熔体。热力学计算表明,当嫦娥五号玄武岩分离结晶程度达75%时,残余熔体进入硅酸盐液相不混溶区,分离形成“富铁”和“富硅”两相不混溶的熔体,而P、Y和REE等高场强元素优先进入“富铁”熔体。嫦娥石存在于嫦娥五号玄武岩结晶晚期由残余熔体固化形成的粒间填隙物中,并且该区域具有明显的液相不混溶特征。因此,研究人员提出嫦娥石的发现进一步指示嫦娥五号探测器玄武岩化学组成的特殊性,而岩浆的高度分异叠加硅酸盐液相不混溶作用,促成异常富集Y和REE元素的嫦娥石的形成。 嫦娥石伴生矿物有铁橄榄石单斜辉石钛铁矿钙长石斜锆石、方石英、陨硫铁玻璃等。
意义及评价
嫦娥石是人类在月球上发现的第六种新矿物,中国成为继美国、前苏联后,世界上第三个在月球发现新矿物的国家。
“嫦娥石”是继“广寒官”“织女”“河鼓”等35个月球地理实体命名后,月球科学探索领域又一具有中国文化特色、并被国际社会认可的月球相关名称。
嫦娥石的被认定,一方面体现了中国现代科技和工程技术水平,另一方面也是中国人对人类开展月球研究和深空探测的贡献。(新华社评)
“嫦娥石”的发现作为中国天体矿物学研究的重大突破性成果,为月球起源和演化研究提供了重要线索,为研究深空样品积累了宝贵经验。(中国航天科技集团评)
“嫦娥石”的发现是矿物学基础研究领域的重大突破,是从0到1的原创性成果,丰富了人类矿物学宝库的内容,促进了矿物学学科的发展。(华东理工大学评)
目录
概述
发现与命名
矿物发现
矿物命名
主要特性
物理性质
结构特征
矿物形成
意义及评价
参考资料