嫦娥五号月壤样品单颗粒分析工作流程图文章转载自“GeoscienceFrontiers”

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作为首批获得月壤样品的科研单位，中国科学院地质与地球物理研究所在第一时间组建了科研攻关团队，联合中科院国家天文台、高能物理研究所和物理所等多家单位，协同开展相关技术的研发工作，建立了一套行之有效的月壤返回样品单颗粒综合分析的工作流程（图1），该技术对于后续的嫦娥六号月壤返回及小行星采样返回等均具有重要的参考意义。
相关研究成果发表在中国地质大学（北京）和北京大学主办的期刊《GeoscienceFrontiers》上（李金华,李秋立,赵亮,张金海,唐旭,谷立新,郭倩,马红霞,周琴,刘延,刘沛余,邱浩,黎刚,谷林,郭顺,李春来,李献华,吴福元,潘永信.RapidscreeningofZr-containingparticlesfromChang’e-5lunarsoilsamplesforisotopegeochronology:Technicalroadmapforfuturestudy.GeoscienceFrontiers,2022,13(3):101367.https://doi.org/10.1016/j.gsf.2022.101367）。

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图1嫦娥五号月壤和未来行星返回样品单颗粒
综合分析工作流程图
嫦娥五号月壤以及未来行星返回样品的单颗粒综合分析的“六步走”工作流程（简要版）。
步骤-1：显微制样后，用μXRF快速挑选目标颗粒，按需制样。
步骤-2：3D-XRM/FIB-SEM联合分析，获得三维形貌、结构和成分信息。
步骤-3：SEM综合分析，获得表面形貌、结构和化学成分信息。
步骤-4：综合微区分析，获得形貌、结构、矿物相、化学成分等信息。
步骤-5：FIB-SEM三维重构分析及精准微切割，制备微纳米尺寸的“薄片”或“针尖”样品。
步骤-6：综合利用STXM、TEM和APT技术，对“薄片”或“针尖”样品开展形貌、结构、矿物相、化学成分、元素价态、元素同位素和微磁学等综合分析。
2020年12月17日，中国嫦娥五号从月球带回1731g月壤样品。这是中国首次从地外天体采集样品，也是时隔44年后人类再次将月壤带回地球。嫦娥五号圆满完成了我国探月工程“绕、落、回”三步走战略的最后一步，使中国科学家第一次拥有属于自己的地外天体返回样品，在行星科学发展史上具有里程碑意义的重大事件。
2021年7月12日，首批月壤样品正式发放到国内13个科研机构。截至目前，月壤样品已发放了3个批次，国内30多家科研单位共计获得44.8577g样品，相继开展了系列科学研究工作。月壤样品极其珍贵，多数为亚毫米和微米大小的颗粒。如何利用有限的珍贵样品获得尽可能多的基础数据，同时开展高效高质量的科学研究，对我国科研人员提出了巨大挑战，这也是获取重大原创成果的前提。在未来十年，中国已经布局了嫦娥六号月球南极采样、小行星采样和火星采样等一系列重大任务。毫无疑问，随着嫦娥五号月壤样品研究的持续深入以及更多类型的地外天体样品被陆续带回，中国的行星科学将迎来新的时代。制定合理的科学目标，建立高效的工作流程，优先开展无损耗或微小损耗的小样品研究，注重开展单颗粒样品的多尺度和多参数的综合研究，是开展珍贵地外天体样品研究的客观需求，也是未来行星科学发展的大趋势。
嫦娥五号月壤样品来自月球风暴洋东北部，属于人类从未“踏足”的中纬度地区。确定年龄，是利用嫦娥五号月壤样品开展“月球岩浆活动及演化、月球发电机和磁场演化、太空风化作用”等重大科学问题研究的基础，还能为修正撞击坑统计定年曲线提供关键锚点，因而是首要科学问题。从成千上万个月壤颗粒中精准地挑选出适合定年的目标样品，并且将适用于微区原位定年的矿物从目标矿物中精准地暴露出来，则是解决这一首要问题的关键所在。