月球火山活動(dòng)持續(xù)到什么時(shí)候？
(資料圖)
此前，科學(xué)界普遍給出答案是28到30億年前。經(jīng)過研究嫦娥五號(hào)月壤樣品，科學(xué)家將這一數(shù)字改寫為20億年前。
前不久，第一屆嫦娥五號(hào)月球樣品研究成果研討會(huì)在北京舉辦，圍繞嫦娥五號(hào)玄武巖所揭示的月球年輕火山成因之謎，相關(guān)專家學(xué)者展開熱烈討論。
前段時(shí)間，為該成果發(fā)現(xiàn)作出重要貢獻(xiàn)的中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員李獻(xiàn)華的研究團(tuán)隊(duì)（李獻(xiàn)華、吳福元、楊進(jìn)輝、李秋立、劉傳周）獲評(píng)“北京市優(yōu)秀研究生指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)”。從收到月壤樣品到取得重要成果，在《自然》雜志發(fā)表3篇文章，這支團(tuán)隊(duì)只用了百余天。
僅憑3克樣品便改寫歷史
2021年7月12日，李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)正式接收嫦娥五號(hào)月壤樣品。還沒等樣品在手里“捂熱”，中國(guó)科學(xué)院院士、時(shí)任中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所所長(zhǎng)吳福元便立即組織該團(tuán)隊(duì)召開項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)，并當(dāng)場(chǎng)提出兩個(gè)今天看來(lái)仍十分苛刻的要求：7天內(nèi)完成嫦娥五號(hào)玄武巖的同位素定年、巖石鍶釹氫同位素分析、水含量分析，再用7天完成論文的寫作和投稿。
“我們剛好用了差不多兩周的時(shí)間完成了上述工作，并且在第100天的時(shí)候在《自然》雜志上在線發(fā)表了3篇文章，這是我國(guó)學(xué)術(shù)實(shí)力的體現(xiàn)。”李獻(xiàn)華和團(tuán)隊(duì)為他們跑出的月壤研究中國(guó)速度感到驕傲。
而支撐這一重磅結(jié)果的，僅僅是3克月壤樣品。
“2020年12月嫦娥五號(hào)月壤樣品返回后，我申請(qǐng)獲得了3克月壤。月壤平均粒度約50微米，肉眼看上去比面粉還要細(xì)，很多細(xì)顆粒都粘在容器壁上，我的直觀感受是一定要先確保樣品保存完好。”李獻(xiàn)華回憶道，自己碰到月壤樣品那一刻，心跳都加速了。
3克樣品，粒粒都是珍寶。要在3克樣品中挑選出可被用于分析研究的玄武巖顆粒，考驗(yàn)著李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)的技術(shù)功底。
挑選工作要在顯微鏡下進(jìn)行，手部任何一點(diǎn)多余的抖動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致顆粒無(wú)法被有效挑選，后續(xù)研究也就無(wú)從談起。李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)的技術(shù)員馬紅霞正是從事這項(xiàng)工作15年的行家里手。“這樣的技術(shù)員是所里的‘寶貝’，國(guó)內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)遇到分離樣品的難題時(shí)，都要找到所里來(lái)借鑒經(jīng)驗(yàn)甚至借人?！眳歉Ｔf。
挑選工作開始的那天，馬紅霞帶著自己打磨的一粗一細(xì)兩把鑷子，平靜地走進(jìn)了盛放樣品的超凈實(shí)驗(yàn)室?！邦w粒更小，質(zhì)地也更疏松?！眲偵鲜郑R紅霞就表達(dá)了她的看法。
胸有成竹的馬紅霞凝神靜氣，雙手穩(wěn)穩(wěn)地在細(xì)如面粉的樣品中操作著，沒有任何多余的動(dòng)作。一顆顆玄武巖顆粒被她規(guī)律地排放起來(lái)，并澆筑成標(biāo)準(zhǔn)的樹脂靶，然后中間剖開，制備成平面，為后續(xù)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
精心挑選出的月壤顆粒沒有辜負(fù)研究團(tuán)隊(duì)。在拿到月壤樣品后的第53個(gè)小時(shí)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的分析儀器給出了第一個(gè)數(shù)據(jù)，20億年！一舉將月球火山活動(dòng)的結(jié)束時(shí)間推遲了約8億年。
當(dāng)時(shí)，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所離子探針實(shí)驗(yàn)室主任、研究員李秋立的第一反應(yīng)是，“不敢相信這是真的”。最終，經(jīng)過研究團(tuán)隊(duì)反復(fù)論證，前后進(jìn)行約兩百次分析，確認(rèn)了這一震驚科學(xué)界的結(jié)果。
“實(shí)戰(zhàn)”前做好技術(shù)儲(chǔ)備工作
工欲善其事，必先利其器。在這一震驚世界的成果背后，是李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)十年磨一劍的準(zhǔn)備。
探究月壤的年齡，需要用離子探針將氧離子束照射到礦物上，測(cè)量其中的鉛同位素組成并計(jì)算其年齡，含鋯礦物是重要的搜尋目標(biāo)。
“之所以要尋找含鋯礦物，是因?yàn)檫@種礦物在形成時(shí)富集鈾、不含鉛，因此離子探針測(cè)得的鉛基本上都是放射成因的，可以獲得可靠的同位素定年結(jié)果?！崩瞰I(xiàn)華解釋道。
要尋找含鋯礦物，離子探針分析的空間分辨率至關(guān)重要。
含鋯礦物的寬度通常只有幾微米，只有離子探針的分析束斑足夠小，才能準(zhǔn)確覆蓋礦物，束斑如果過大，就會(huì)分析到覆蓋于礦物顆粒間或縫隙中可能遺留的其他元素，尤其是可能照射到不屬于月球樣品的鉛，從而影響測(cè)年結(jié)果。
為了提升離子探針分析的空間分辨率，李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)拿出了“鐵杵磨針”的勁頭。該團(tuán)隊(duì)成員用3年時(shí)間將高精度離子探針U—Pb同位素體系定年的空間分辨率從傳統(tǒng)的10微米提高到5微米。但他們?nèi)圆粷M足，后又用10年時(shí)間，將離子探針精確定年的空間分辨率進(jìn)一步提高到小于3微米，進(jìn)而達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。
“從5微米降到3微米，看似只進(jìn)步了一點(diǎn)點(diǎn)，其實(shí)難度非常大。這10年，大家是非常辛苦的?！崩瞰I(xiàn)華表示。
正是憑借著這股“鐵杵磨針”的勁頭，在開展月壤研究之前，李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)已經(jīng)碩果累累。該團(tuán)隊(duì)最早確認(rèn)華夏陸塊存在太古代地殼物質(zhì)，將Rodinia超大陸聚合時(shí)間從10億年修訂至9億年；精確測(cè)定了華南新元古代冰期的起始年齡，為雪球地球理論和地質(zhì)年表成冰系時(shí)代的修訂提供了關(guān)鍵年代學(xué)證據(jù)。
除此之外，在正式對(duì)月壤展開研究前，李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)還提前進(jìn)行了一次小小的“熱身”。
中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的博物館有一份標(biāo)注為“阿波羅月塵”的樣品，已經(jīng)存放了50年，但對(duì)于該樣品的其他信息所知甚少，甚至都無(wú)法確定其是否為真的月壤樣品。2021年春節(jié)前，吳福元將169毫克樣本交給李獻(xiàn)華，讓團(tuán)隊(duì)先“練練手”。
“我們花了兩個(gè)星期把結(jié)果做出來(lái)，證明這個(gè)月塵樣品是阿波羅11號(hào)采集的樣品。這是我們?cè)谀玫芥隙鹞逄?hào)月壤樣品前的一次‘實(shí)戰(zhàn)演練’，既鍛煉了隊(duì)伍，又增強(qiáng)了信心。”李獻(xiàn)華表示。
用心傳好科學(xué)研究“接力棒”
“敬業(yè)、勤業(yè)、精業(yè)、樂業(yè)”是李獻(xiàn)華及其團(tuán)隊(duì)成員的共同信念，他們尤其重視“熱愛”對(duì)科研的推動(dòng)作用。團(tuán)隊(duì)“大家長(zhǎng)”李獻(xiàn)華也愿用自己的親身經(jīng)歷，向年輕人強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)。
在研究月壤前，李獻(xiàn)華的研究主要集中在地球上。不過，他一直對(duì)月球研究感興趣。
在報(bào)考研究生時(shí)，李獻(xiàn)華選擇的導(dǎo)師是中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)自遠(yuǎn)。歐陽(yáng)自遠(yuǎn)曾利用美國(guó)贈(zèng)送給中國(guó)的月壤樣品，集結(jié)來(lái)自全國(guó)的科研力量，發(fā)表了14篇論文。但當(dāng)年由于報(bào)考?xì)W陽(yáng)自遠(yuǎn)研究生的人太多，李獻(xiàn)華被調(diào)劑到了同位素地球化學(xué)專業(yè)，與月球研究擦肩而過。
好在兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)近40年，李獻(xiàn)華終于“回歸”到了月壤研究。
從歐陽(yáng)自遠(yuǎn)打開中國(guó)人研究月壤的大門，到李獻(xiàn)華團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)月壤研究重大突破，月壤研究的“接力棒”一代代傳了下去。如今，“接力棒”傳到了年輕一輩的手中，李獻(xiàn)華想要把更多的本領(lǐng)傳給他們。
“搞科學(xué)研究就像跑4×100米接力，要一代一代的研究者接續(xù)完成，培養(yǎng)年輕一代科學(xué)家是我的職責(zé)所在。任何人都不能‘掉棒’，而且一定要安穩(wěn)‘交棒’?！崩瞰I(xiàn)華表示，教書育人是一個(gè)把書本念“薄”又念“厚”的過程，教學(xué)相長(zhǎng)，自己也能在此過程中不斷溫故知新。
對(duì)待團(tuán)隊(duì)和學(xué)生，李獻(xiàn)華是這樣說的，也是這樣做的。
李獻(xiàn)華長(zhǎng)期擔(dān)任多個(gè)國(guó)內(nèi)外雜志的主編和編委，工作量極大，但對(duì)待學(xué)生的事情他從不含糊，總是愿意花費(fèi)很多時(shí)間和精力來(lái)關(guān)注大家的工作進(jìn)展和生活狀態(tài)。學(xué)生們的文章，尤其是第一篇論文，大到文章立意把握，小到單詞和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的正確使用，他都會(huì)特別細(xì)心地修改。李獻(xiàn)華不管多忙，學(xué)生發(fā)給他的論文，總能在第2天收到修改稿。（科技日?qǐng)?bào)實(shí)習(xí)記者 都 芃? 科技日?qǐng)?bào)記者 馬愛平）
關(guān)鍵詞： 離子探針 中國(guó)科學(xué)院 空間分辨率
責(zé)任編輯：Rex_21
