4月24日，中国国家航天局发布嫦娥五号月球样品研究最新成果：我国从嫦娥五号月球样品中，发现了两种月球新矿物：镁嫦娥石和铈嫦娥石。

这两种新矿物，与此前发现的“嫦娥石”有啥关系？我们为何要研究月球矿物？

本文作者、中核集团首席科学家、核工业北京地质研究院月球样品研究团队负责人李子颖详细讲述了镁嫦娥石的发现过程。从中我们可以看到中国科学家数十年如一日深耕地质研究的积累，也能感受到面对月壤这份珍贵样品时，科研团队严谨细致、不放过任何一丝异常的钻研劲头。

本次新矿物的发现，拓展了人类对月球矿物质组成的认知，也为后续月球成因与演化研究提供了新的关键依据，更印证了中国深空探测领域基础研究不断突破的坚实步伐。

本文转载自知乎问答，观察者网已获授权发布。

【文/ 李子颖】

大家好，我是中核集团首席科学家、核工业北京地质研究院月球样品研究团队负责人李子颖。三年前我曾受邀来知乎，和大家交流嫦娥石的发现过程。

中国首次发现月球新矿物，命名“嫦娥石”

三年多后，我们又从“嫦娥五号”带回的月球钻取玄武岩碎屑中，找到了这个家族的另一位成员——镁嫦娥石。

给大家介绍一下这位嫦娥石家族的新成员，它与此前发现的嫦娥石为同一个矿物系列，同属陨磷钠钙石族，但它的独特之处在于：

1. 个头极小，呈短柱状晶体，粒径仅2到30微米，约为头发丝直径的三十分之一到三分之一，肉眼不可见；

2. 结构独特，晶体结构M位以镁为主，不像嫦娥石以铁为主；嫦娥石的空间群是R3c，但镁嫦娥石的空间群是R3m，是该矿物族中第一个拥有此空间群的新矿物。另外，它的晶胞c轴长度只有嫦娥石的一半，打破了我们对该族矿物的传统认知；

3. 稀土含量更高，能达到10%左右，比嫦娥石高出约3个百分点。从形成条件推测，它结晶的温度可能更高一些，所以应该先于嫦娥石形成。

基于上述特点，我们在命名时，在“嫦娥石”前面专门加了一个“镁”字来突出它的成分特征，同时“镁”与“美”谐音，也寄托了一份科研人的美好祝福。

镁嫦娥石理想晶体图

其实早在2022年发现嫦娥石之后，我们就凭借理论机理和研究经验判定，嫦娥石不会是月壤里唯一的新矿物。因为稀土元素有15种，元素之间类质同象，在不同的条件下可相互替代，会催生一系列结构相似、成分不同的矿物。所以我们2023年又开始从月壤样品中探索发现新矿物的研究。

这次用于研究的月壤样品和此前不同。嫦娥石用的是月球表面的土壤，而这次用的则是“嫦娥五号”从月球带回的钻取样品，样品量非常少，颗粒细小肉眼难见，我们得先用环氧树脂把它们镶嵌凝固，磨平抛光，做成一个样品靶，才能在显微镜下看得清楚。测试用的靶样也就几毫克，每毫克上万个颗粒。我们从这里起步，开始了海量筛查。

由于月壤颗粒极小，我们需要用自动矿物识别分析仪，对每一个颗粒逐粒扫描，从能谱图中寻找异常信号。终于，在对海量矿物成分逐一甄别的时候，我们注意到一个异常：有几颗颗粒跟嫦娥石长得几乎一模一样，但镁含量明显偏高，铁含量却低于嫦娥石。扫描电镜下，它们长得太像了，如不注意，很容易当成嫦娥石一带而过。但我们熟悉嫦娥石了，哪怕很小的成分异常，对我们来说也是敏感的。

但要确认它是不是新矿物，光有成分还不够，必须拿到晶体结构数据。一毫克月壤里就藏着上万个颗粒，而我们要找的是成分纯净、结晶完好的单晶，条件极为苛刻。

好不容易筛选出单晶后，我们用聚焦离子束扫描电镜，像外科医生做微创手术一样，把目标晶体从矿物集合体中精准切割下来。离子束的切割精度要达到微米级、甚至是亚微米级。力度稍大，这颗微小的晶体就可能直接被“切飞”。单晶切出来之后，再转移到单晶衍射仪上测试。这个步骤需要手工操作，手必须非常稳，不能颤抖。

镁嫦娥石背散射电子图像

我们仍然记得第一颗颗粒的失败经历，那是花了半个月才筛选出的最大颗粒，小心翼翼切割完成后送去单晶衍射，结果却让人非常失望。它是一颗非晶质颗粒，根本采集不到晶体结构数据。到了切第二颗颗粒的时候，研究团队的三位同志在一起，互相减压，因为那是能找到的最后一颗合适的颗粒了，要是再失败，整个项目就黄了。操作人员戴着两层口罩，生怕一口气喘大了，把这颗“月球珍宝”吹得无影无踪。

单晶衍射仪实验

经过团队奋战，第二颗单晶颗粒终于被成功切出。但新的问题又来了，测试数据却始终不理想，信号弱、分辨率低，结构解析卡在了最关键的一步。那段时间，团队成员跑遍了北京所有能找到的高端仪器，甚至预约了同步辐射光源，依然无法突破。

在最艰难的时候，年轻的研究员甚至怀疑，是不是判断错了，根本没有什么新矿物。这其实也是科研工作的某种常态，枯燥、失败、反反复复。有时候你发现一个异常，觉得可能是新的，但反复分析又不像，这种是是非非的过程很折磨人。但好奇心、信心和责任感会推着我们往前走，我们需要不断调整、反复讨论，从颗粒到单晶到结构，一步一步验证。

就在大家颇有点山穷水尽的阶段，江西应用科技学院的谷湘平教授给研究带来转机。谷教授是国际知名的矿物学家，在晶体结构解析方面很有造诣。由于不同品牌仪器的数据格式不兼容，他无法读取我们的原始数据，索性带着样品回到自己的实验室，用不同型号的衍射仪重新采集了全部数据。更关键的是，他从自己珍藏的一块月球陨石中，找到了与镁嫦娥石成分、结构完全一致的矿物，用独立的样品验证了我们的发现。

纳米机械手提取镁嫦娥石单晶颗粒

最后一道关是国际矿物学协会新矿物委员会的评审。专家们提出了一个关键问题：陨磷钠钙石族所有已知矿物的晶胞c轴长度都是37.2埃，为什么你们的镁嫦娥石只有18.6埃？

这也是我们此前研究中遭遇的瓶颈。当时我们按照传统晶体结构模型，始终无法得到理想结果，研究一度陷入停滞。但团队没有墨守成规，我们反复推演验证，详细论证了镁替代铁之后晶体结构的变化规律，确定镁嫦娥石的晶胞c轴长度就是嫦娥石的一半。看完我们提供的充分证据材料，所有评委都被说服，经该委员会投票，镁嫦娥石终于被确证为一种新矿物。

镁嫦娥石单晶

这一发现有怎样的意义呢？

作为陨磷钠钙石族的新成员，镁嫦娥石独特的成分与结构，为研究月球形成演化、岩浆活动、化学分异提供了全新的矿物学样本。在科学界，流传着一句话“月球是地球的过去”。研究它能帮助我们追溯天体演化的规律，发现过去，预测未来。

通过这次科研攻坚，我们核地研院也构建了月壤新矿物研究的成熟技术体系，特别是针对研究对象是粒径极小的颗粒；微米级单晶样品制备技术达到了国际先进水平，团队原始创新能力有了显著提升。

这些成果的背后，是国家综合实力和科技创新能力的体现。要知道，国际上自美国上世纪60年代以来，至今发现了5个月球新矿物。而我们国家用不到6年的时间就发现了3个，这和我们创新能力和水平密不可分，也进一步巩固了我国在月球科学研究领域的国际地位。令我们骄傲的是，因为嫦娥石是我们发现并命名的，按照国际矿物学命名规则，今后任何国家任何人再发现同系列矿物，都必须以“嫦娥石”为词根来命名。

当然，这一切的起点，是探月工程的成功。探月工程是世界上最复杂的系统工程之一，为了把月壤带回来，攻克了运载、通信、测控、导航、材料等一系列技术难关。这些技术虽然不直接挂在每个人的日常起居里，但它们会转化、会打通，推动科技进步和社会发展。这就是长远的战略价值。

从更广的视角看，几乎所有基础研究的价值都不一定是立竿见影的。我们今天能导航、能预测天气、能全球通话，背后都是数学、物理、化学、材料科学等基础研究几十年甚至上百年积累的结果。很多当下看似遥远的研究，将来会长成参天大树。就比如我们一开始研究月壤，是准备重点研究放射性元素铀、钍的特征。发现新矿物并不是我们一开始设定的目标，而是研究过程中的意外收获。但基础研究往往就是这样，你奔着一件事情去，可能结了另外一个果，这正是科学的奇妙之处。

月壤研究团队部分成员合影

我从事铀矿地质研究四十年了。在我们搞矿物岩石的人看来，石头是有生命的，有年龄，会说话。不同石头可能是不同时代形成的，我们可以测量它们的年龄有多大；“会说话”指的是它们记录了自己所经历的故事，而我们将其挖掘出来，就像读一个人的一生。中华民族五千年历史，2020年把1.7公斤月壤拿回来，这是真正的千年等一回。今天，我们能够亲手触摸来自38万公里外的月球物质，能够通过研究它们去解读月球的故事，这是我们这一代科研人员的幸运，我们感到无比自豪。

所以，只要还有月壤样品，我们就会一直找下去。除了镁嫦娥石，后续还可能根据元素含量的不同，出现新的嫦娥石，形成一个具有更多成员的“嫦娥石家族”。

新发现属于过去。我们团队已开始了新一轮的探索和研究，那些藏在微米颗粒世界里的秘密，终有一天会被我们一一揭开。