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金作为贵金属,“贵”在哪里

来源:中国数字科技馆

  大家都知道很多物质都能人工合成,比如钻石,科学家就能通过高科技设备,给予高温高压的环境,利用碳元素合成。那么黄金是从何而来,为什么不能通过高科技设备合成呢?就让我们一起跟着胖科,去科学家那里寻找答案吧!

  胖科:科学家科学家,请问金子从哪来的?为什么这么贵啊?

  科学家:贵是因为地球没有办法自己产生黄金,也就是说地球从诞生起有多少黄金,到今天就还是多少黄金,开采一些,“库存”就少一些,可不就贵吗?至于金子从哪来?这就是一个很长的话题了,你有耐心听下去吗?

  胖科:当然!

  ●原来“金子”才是外星产物

  科学家:天体物理学家研究发现,黄金来源于罕见的恒星灾变。在46亿年前的地球形成之初,包括黄金在内的重金属都沉到地球中心,地球表面几乎很少有黄金之类的金属。然而在40亿年前,新形成的地球遭到了重创,经历了一段被称之为后期重轰炸的时期,一股小天体风暴撞击了它,把黄金和其他新金属带到了地球上。

  首先值得强调的一点是,其实地球上构成所有物质的元素全都来自太空。我们在地球上逐渐发现它们,并从1869年开始,从轻到重,将它们陆续排进著名的门捷列夫元素周期表;从只有一颗质子的氢元素到拥有94颗质子的钚元素,但那时我们还不知道它们的出处……

  最轻的两个元素——氢和氦——都自发生成于宇宙诞生伊始,它们是构成所有早期恒星的原料。在恒星随后的演化过程中,随着核聚变反应,质子数更高的重元素得以生成。很快就有了组成我们机体的碳氮氧钙……恒星向周围的太空播撒这些元素,令它们在星云中的含量不断增多。最后星云坍缩,太阳和地球以及其它行星和小天体就形成了。

  总之,地球拥有的所有黄金,源自太阳诞生之前在宇宙发生的超级灾变。

  ●漫漫“寻金”之旅

  胖科:金子竟然是从宇宙中来的!宇宙究竟发生了什么,才产生了金子?

  科学家:长久以来,其实科学家们也想知道宇宙中的金、铂、铀等重元素到底从何而来。为此付出了大量的时间精力寻找答案,对于未知的探索嘛,就是不断猜想验证又不断推翻重来的过程,科学家的“寻金”之路也同样曲折不断。

  科学家们一度认为,恒星寿命末期的超新星爆炸,足够提供重原子产生所需的能量。

  然而,是否还有其它的来源并不完全确定。

  这个疑问直到2018年才取得了进展。

  中子星是巨大恒星的核心崩塌后的产物。科研人员发现当两颗中子星因为引力围绕彼此旋转的时候,就会向宇宙释放出汹涌的引力波。这两个中子星会因为引力波而失去轨道能量,逐渐靠近、碰撞,发生爆炸。科研人员便据此建立了中子星并合模型,模型表明会产生一种被称为千新星的爆炸现象,这个过程也会产生足够的能量,足以形成大量新生的重元素:金、银、铀、铂,以及其他重金属。值得一提的是,这个“大量”,足以以地球的质量为单位。

  终于在2017年8月17号,由美国的引力波激光干涉天文台首先探测到了预想的引力波信号,之后还通过光学红外望远镜探测到包括金和白金在内的重金属成分,重金属来源于中子星碰撞这一长久以来的理论终于得到了初步验证。而且这一次观测中发现包含了大约10个地球质量的黄金和白金。

  胖科:哇!原来科学家们是这样确定了金原子的另外一种来源。

  科学家:经过这次验证,科学家们的确认中子星碰撞也可以产生为,金、银、铀、铂等重金属,但是哪一个产生机制主导,科学家们并无定论。

  2020年发表在《天文物理期刊》的一项来自澳大利亚的星系演化分析发现,中子星碰撞不会产生以前假设的重元素的数量,即使是对中子星碰撞的频率进行最乐观的估计也无法实现。这就意味着,中子星碰撞产生的金元素的宇宙含量,可能只占目前观测到的很小的一部分,中子星的作用可能被大大高估了。

  尽管如今黄金的来源依旧无法盖棺定论,但相信在不久的将来谜底就会解开。

  ●科学家的“生”金尝试

  胖科:原来科学家们在寻找金子的来源这条路上,进行过这么多的猜想与探索,这般不屈不挠的探索精神真是令人敬佩!胖科还有一个小小的疑问,人类会通过核反应堆或粒子加速器制造原子,那科学家们有没有试过人工制造黄金呢?

  科学家:当然尝试过,但目前只能通过粒子加速器等装置实现原子的碰撞,从而产生金原子。但就如同喷射到地球上的金原子,到被人类开采使用需要数百万年的原子衰变和聚集同样,科学家想要人工“生”金,也需要经历同样的化学及物理变化才行,这个过程所需要的漫长时间,就不是人力所能及的了。

  胖科:原来是这样!谢谢您为我们答疑解惑!

  地球上的黄金并非无穷无尽,生活在地球上的我们也等不到宇宙第二次的馈赠,它“贵”在资源不可再生,也贵在科学家求知若渴的不懈坚持。“不断积累,飞跃必来,突破随之。”宇宙之阔浩瀚无边,如今所有的发现都只是起点,人类对宇宙的探索将永不止步。

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