Китайские ученые обнаруживают минералы с высоким содержанием редкоземельных элементов в образцах лунного грунта, доставленного Чанъэ-5

Китайские ученые обнаружили два ранее неизвестных минерала в 1713 граммах лунного грунта, доставленного на Землю межпланетной станцией "Чанъэ-5". Это очередное крупное достижение в исследовании открытого космического пространства. Об этой находке было объявлено в пятницу на церемонии открытия китайского Дня космонавтики, который отмечается одиннадцатый раз. Открытые минералы были официально утверждены и классифицированы Международной минералогической ассоциацией. Они получили названия магнезиочангезит- (Y) и чангезит- (Ce).

Это уже второй и третий лунные минералы, открытые китайскими учеными. Первый был открыт в 2022 году, получив название чангезит- (Y). В общемировом масштабе это седьмой и восьмой новые лунные минералы, обнаруженные в доставленных на Землю образцах грунта с Луны.

Демонстрация их идеальной кристаллической структуры вызвала бурную реакцию на мероприятии в честь Дня космонавтики. Эти кристаллы размером всего в несколько микрон раскрывают микроскопическую красоту, спрятанную под пустынной поверхностью Луны, и подтверждают, что Луна — это огромное и богатое ресурсами небесное тело.

Репортерам Global Times удалось узнать, что оба минерала принадлежат к категории редкоземельных фосфатов, находящихся внутри лунной пыли. Их кристаллическая структура уникальна, и на Земле нет ничего полностью идентичного. Они относятся к группе мерриллита. Это класс фосфатов, которые часто находят в образцах с Луны, Марса и с астероидов, и которые демонстрируют большое композиционное разнообразие, будучи доставленными с разных небесных тел.

Магнезиочангезит- (Y) открыла команда исследователей под руководством ученого Ли Цзыина из Пекинского научно-исследовательского института геологии урана. Этот минерал существует в виде коротких столбчатых кристаллов размером от двух до 30 микрон. В основном его находят в базальтовых фрагментах добытых образцов лунного грунта.

Ученые рассказали, что в китайском названии минерала обыгрывается омофон — слово "магний" и китайское слово "красота". Оно символизирует более красивую и своеобразную форму чангезита- (Y). Исследователь из института геологии урана Гэ Сянкунь рассказал Global Times, что магнезиочангезит- (Y) обладает уникальной структурой. Магний преобладает в его кристаллической решетке, а его частицы очень малы, составляя в диаметре от одной третьей до одной тридцатой человеческого волоса. По этой причине их невозможно увидеть невооруженным глазом.

Открыть такой минерал было крайне сложно. Ученые проанализировали десятки тысяч частиц, постоянно сравнивая данные для выделения аномалий, отличных от известных минералов. В итоге им удалось найти только один идеальный кристалл шириной всего 20 микрон.

Обращаться с этим образцом нужно было с крайней осторожностью. Ученым приходилось перемещать его между различными современными приборами и при этом внимательно контролировать потоки воздуха, чтобы не потерять частицу. Процедуру извлечения кристалла при помощи сфокусированного пучка ионов под растровым электронным микроскопом сравнивают с микрохирургией, когда даже незначительное чрезмерное усилие может уничтожить образец, сказал Гэ.

"Будучи новым членом мериллитовой группы, магнезиочангезит- (Y) является новым минералогическим образцом для изучения формирования Луны, магматической активности и химической дифференциации. Он поможет ученым лучше понять геологическую историю Луны", — заявил Гэ.

Чангезит- (Ce) открыла группа ученых во главе с академиком Хоу Цзэнцянем из Китайской академии геологических наук. Его обнаружили как в лунных образцах "Чанъэ-5", так и в упавшем в Китае лунном метеорите.

"Чангезит- (Ce) — это фосфатный минерал с высоким содержанием редкоземельного элемента церия, принадлежащего к группе мериллита. По сравнению с минералами той же группы, найденными в образцах с Земли, Марса и астероидов, этот образец имеет богатое содержание редкоземельных элементов, а поэтому послужит своеобразным „отпечатком пальца“ планетарных минералов", — рассказал Хоу Global Times.

Он добавил, что у открытого недавно чангезита- (Ce) такая же структурная модель, как и у чангезита-(Y), обнаруженного китайскими исследователями ранее. Но он отличается по содержанию редкоземельных элементов. У чангезита- (Ce) преобладает легкий редкоземельный элемент церий (Ce), а у чангезита-(Y) больше тяжелого редкоземельного элемента иттрия (Y).

Хоу отметил важное различие между образцами, привезенными кораблем "Аполлон" и аппаратом "Чанъэ-5". Образцы "Аполлона" обогащены тяжелыми редкоземельными элементами, а в образцах "Чанъэ-5" больше легких редкоземельных элементов. Это говорит о значительной дифференциации редкоземельных минералов в ходе магматической эволюции Луны.

Новое открытие примечательно тем, что в его основе лежат два разных источника образцов грунта. Это лунный грунт, собранный "Чанъэ-5" в районе Океана Бурь, и лунный метеорит Pakepake 005, найденный в пустыне Такла-Макан в 2024 году. Это был первый официально признанный лунный метеорит из числа обнаруженных в Китае.

Открытие чангезита- (Ce) также проходило с большими сложностями. Исследователь из Китайской академии геологических наук Ван Яньцзюань, открывший этот минерал, сообщил Global Times, что когда его научный коллектив изучал образцы с "Чанъэ-5" и первый лунный метеорит, найденный в Китае, ученые использовали целый ряд передовых аналитических методов, включая наноиндентирование, катодолюминесценцию, растровую электронную микроскопию, электронный анализ проб, спектроскопию рамановского рассеяния, рентгеновскую дифракцию монокристаллов и трехмерную электронографию. С их помощью они систематически определяли физические свойства минерала, химический состав и кристаллическую структуру. В конечном итоге им удалось подтвердить, что это природный минерал, который не был зарегистрирован ранее.

Открытие чангезита- (Ce) не только расширяет наши представления об окружающем мире, но и дает новые возможности для создания синтетических материалов, о чем Global Times рассказал Цюй Кай, являющийся членом Профессионального комитета новой минеральной номенклатуры и классификации, работающего под эгидой Китайского общества петрологии и геохимии. Он отметил, что этот минерал обладает ярко выраженным люминесцентным эффектом, и поэтому имеет большой потенциал применения при создании фосфорных материалов для светодиодов белого свечения.

Академик Хоу объяснил, что открытие минералов из серии чангезит-(Y) не только расширяет многообразие естественных минералов, особенно лунных, но и демонстрирует химическую сложность кристаллов из мериллитовой группы в лунном грунте. Это показывает большое разнообразие состава лунного материала и его эволюционных процессов. Имея высокое содержание редкоземельных элементов, они также дают нам фундаментальные данные для оценки ресурсного потенциала Луны в плане добычи редкоземов и их будущего использования на месте.