宇宙中所有的黄金都来自恒星吗？

这两个天体都是大质量恒星的遗留，很可能来自于一个早已成为超新星的双星系统。它们的质量都令人难以置信，其中子挤压得如此之紧密，以至于核心都变成了钻石。可惜，这场舞蹈不可能永远持续下去，两颗中子星终将碰撞，释放出难以想象的能量并发射出引力波，疾速穿过时空结构。

两颗中子星在宇宙深处碰撞（想象图）。除了产生引力波，这样的事件还能产生许多重元素，包括金。

13亿年后的2017年，天文学家通过激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到了这些时空涟漪。爱因斯坦曾预测，宇宙中应该充满由大质量物体引力所导致的微弱涟漪，其来源有一些便是中子星合并事件。然而，在LIGO之前，从这类事件中寻找时空结构中的扰动是十分困难的。当探测到引力波的消息传出后，全世界媒体都想知道中子星相撞时还会发生什么。天文学家解释称，在恒星毁灭和引力波之外，这样的事件还会在瞬间产生我们已知的所有重元素。在一些媒体看来，这一解释的最关键信息是：黄金来自外太空。

镀金的历史

在大质量恒星剧烈毁灭过程中形成的众多元素中，“金”应该是最能激发人类想象力的元素，这并不奇怪。

从生物学的角度，生命所必需的元素如碳、氧、钾和硫等，应该是最受欢迎的几种元素，但我们与黄金有着古老的情感联系。几千年前，古人可能在溪流中看到某个闪闪发光的物体，于是就捡了起来，人类与金子的故事由此开始。这种金属看起来似乎很有趣，但由于质地太软，所以不是很有用。考古学家在保加利亚发现了一颗6500年前的金珠，还在黑海发现了一枚近3000年前的金币。英国最古老的黄金制品被发现时埋在巨石阵之下，其中部分陪葬品属于一个来自欧洲的神秘人士。

埃及法老图坦卡蒙的面具是地球上最著名的古文物之一。它主要由黄金制成，并饰以宝石，重达10.23公斤。

古埃及人在其首都底比斯以南的地方拥有巨大的金矿，使他们能够将图坦卡蒙的木乃伊用黄金包裹起来。其他古代文明很少拥有这样的财富。当这具木乃伊被打开时，考古学家发现了两把匕首。一把由陨铁制成，另一把由纯金制成。

黄金被视为珍宝，尽管只能用于装饰或交易，除此之外没什么用处。但黄金的稀缺性使它令人向往，不变的本质使它分外诱人：与银会变黑、铜会变绿、铁会生锈不同，黄金永不改变。黄金似乎是不朽的，堪称众神给予人类的礼物。

这枚来自阿契美尼德王朝（波斯第一帝国）的金币大约是在公元前420年铸造的，用来纪念大流士二世。

20世纪的科学才揭开了这个谜团。铁、银和铜会因氧化反应而生锈或变色。氧原子总是渴望电子。铁会把两个或三个电子给氧，结果就会氧化（生锈）。其他元素也会成为氧气的受害者。但黄金不是，它是所有金属中最不活泼的，因为它拒绝与氧共用电子。

基本的事实

与元素周期表上的所有重元素一样，地球上并没有多少黄金可供发现。如果把人类历史上开采的所有黄金收集起来，变成一个立方体，那么它的边长只有约21.3米。这大约是183000吨黄金。听起来很多，但熔化后只能填满三个半奥运会游泳池。2018年，巴里克黄金公司（全球最大的金矿开采公司，总部位于加拿大多伦多）在内华达州的金矿加工了数百万吨矿石，仅提取了400万盎司（125吨）黄金。

1933年的圣高登斯双鹰金币是最稀有的美国硬币之一。当时铸造的44.5万枚金币中，大部分被熔成金条，现在只剩下13枚。

因为密度和重量较高，大部分黄金都下沉到了地球的核心。据澳大利亚地质学家伯纳德·伍德（Bernard Wood）估计，世界上99%的黄金就埋藏在我们脚下数千公里深处。他还估计，地核中蕴藏着1600万亿吨的黄金。伍德的计算显示，如果所有这些黄金都被带到地球表面，将会形成一层闪闪发亮、厚约40.6厘米的金属层。与地球的总体积相比，这些黄金并没有多少。实际上，地核中的黄金含量约为百万分之一，而铂的含量是金的6倍。可以说，黄金是非常稀有的。

“黄金道钉”（Golden Spike）最初由美国实业家利兰·斯坦福钉入第一条横贯大陆铁路，于1869年在犹他州奥格登附近连接了联合太平洋铁路和中央太平洋铁路。目前，这枚道钉在斯坦福大学的康托艺术中心展出。

金色的太阳

1859年的一个晚上，化学家罗伯特·本生（Robert Bunsen）和古斯塔夫·基尔霍夫（Gustav Kirchhoff）在德国曼海姆（距离他们工作的海德堡大学实验室约16公里）工作时，看到一场大火在熊熊燃烧。他们将新改进的分光镜推到窗口，并在火焰发出的明亮光芒中迅速检测出了钡和锶元素。分光镜是他们发明的一种可以将光分解为不同波长的设备，可用于识别化学元素。本生写道，“同样的分析模式肯定也适用于太阳和明亮恒星的大气层。”19世纪下半叶，科学家利用这种强大的工具取得了大量突破性发现。

在1868年8月18日的日全食期间，几位天文学家使用分光镜检测到一种新的元素——太阳中的氦。后来发现，这是宇宙中第二丰富的元素。碳、氮、铁和周期表上所有较重的元素——包括金——最终都被确认在太阳大气中以气态存在。

在18世纪末和19世纪初，对岩石和矿物的收集演变为地质学。查尔斯·莱尔（Charles Lyell）、詹姆斯·赫顿（James Hutton）和伟大的化石收藏家玛丽·安宁（Mary Anning，英国早期化石收集者与古生物学家，第一具鱼龙骨架的发现者）等人清楚地证明，地球的年龄远比许多当时神学家所认为的6000年要久远得多。莱尔和赫顿认为，地球必定有几百万年甚至几十亿年的历史。如果这是真的，那么是什么让太阳和星星能维持如此长的时间呢？

德国物理学家尤利乌斯·冯·迈尔（Julius Robert von Mayer）强烈支持陨星为太阳提供热能的理论。他计算出，在缺乏外部能源的情况下，太阳只能照耀约5000年。他在1848年提出，数十亿颗落在太阳上的陨石为太阳提供了燃料，从而使其发出巨大的热量。据推测，这些物质还给太阳带来了重元素。

在1878年7月29日的日全食期间，美国气象局的气象学家克利夫兰·阿贝提出，日冕是许多为太阳提供能量的陨石。

在1878年的日全食中，美国气象局的第一位气象学家克利夫兰·阿贝（Cleveland Abbe）认为，在日全食中见到的日冕实际上是一群流星正在撞击太阳。然而，科学家很快就证明了日冕由极为稀薄的气体构成，并表明陨星无法作为太阳能的来源。

最终，科学家计算出太阳含有将近2.5万亿吨黄金，足以填满地球的海洋。尽管如此，这也只是每万亿个氢原子中有8个金原子——与太阳的质量相比微不足道。那么，黄金是如何出现在太阳和地球上的呢？

金色的科学

千百年来，炼金术士们一直在努力将一种元素转化为另一种元素。他们在寻找能把铅和汞等贱金属变成金子的“贤者之石”。甚至伟大的艾萨克·牛顿也对炼金术着迷。事实上，一些历史学家称他为“最后一位伟大的炼金术士”。然而，创造这些元素的大自然伟力显然超出了这些早期实验者的掌握。

金的光谱显示了这种元素的独特“指纹”，通过这些光谱学特征便可以识别它的存在。

自爱因斯坦1905年发表狭义相对论以后，重元素的起源便开始引起人们的关注。正是在这项开创性的工作中，质能方程E=mc^2首次出现。一开始，这个方程对我们理解宇宙的重要性并不明显，但如果将它应用于计算太阳巨大的能量输出时，就会产生深远的影响。它不仅解释了为什么太阳和其他恒星可以发光几十亿年，而且有助于揭示重于氢的元素究竟如何形成。

当E=mc^2出现在脑海中时，大多数人会想到第一颗原子弹，以及原子分裂，即核裂变的过程。1920年，当时在英国剑桥卡文迪许实验室工作的亚瑟·爱丁顿（Arthur Eddington）爵士认为，氢聚变成氦可能是太阳的动力来源。爱因斯坦著名的方程式表明，这个过程中会释放出难以置信的能量。

质子-质子链反应是太阳核心中氢聚变为氦的链式反应。微小质量转化为能量的过程可以由爱因斯坦的著名方程E=mc^2来描述。

在爱丁顿等人着手探索核聚变将近20年后，德裔美国物理学家汉斯·贝特（Hans Bethe）描述了如今广为人知的质子-质子链式反应。这是恒星内部将氢融合成氦的几种核聚变反应中的一种。太阳核心是一大团氢原子“汤”，每个氢原子由一个质子和一个电子组成，它们不停地快速运动。大多数时候，电磁力会排斥任何碰撞。当你试着把两块磁铁相似的磁极粘在一起时，就会感受到这种排斥。然而，当碰撞发生后，质子就会融合在一起。当4个质子最终融合时，氦就形成了，释放能量并使太阳发光。

太阳含有的氢还足够维持这个聚变过程约50亿年。最终，氦也会开始聚变，形成由碳、氮和氧（第8号元素）组成的最终产物。在更大质量的恒星中，更强的引力会产生更多的压力和热量，氧以外的元素也会聚变。不过，这个过程只能持续到铁（第26号元素）在巨星（典型巨星的半径为太阳的10倍至100倍）的核心形成，届时核聚变将停止。最后，恒星的核心会坍缩，然后在超新星爆发中反弹。

1868年约瑟夫·诺曼·洛克耶（Joseph Norman Lockyer）在太阳大气中发现氦的分光镜。

当恒星的外层被抛向太空时，会发生快（R-过程）、慢（S-过程）两种形式的中子俘获反应。由于中子不带电荷，因此它们能比带一个正电荷的质子更容易进入原子核。中子俘获便是原子核与一个或多个中子撞击并形成重核的核反应。在两种情况下，自由中子穿透附近的原子核，被爆炸中释放的元素“俘获”。慢中子俘获（之所以叫“慢”，是因为在俘获其他中子之前，放射性物质就会衰变成其他元素）产生了大约一半比铁重的元素。但元素周期表上还有许多重元素。要产生这些元素，就需要巨大的恒星在碰撞时进行快中子捕获过程。

在天文学家确定了2017年引力波的来源之后，马克斯·普朗克天文学研究所的研究人员就在以接近30%光速向太空膨胀的“物质风暴”中探测到了锶。包括该元素在内的许多元素都是由快中子俘获反应形成的。在这些恒星的合并中，每秒钟会有1022个自由中子穿过1立方厘米的空间。

如此高密度的中子为现有元素快速捕获自由中子创造了条件。锶、钍、铀，甚至金都能在一瞬间形成。然后，这些元素会进入太空深处。在宇宙近140亿年的生命周期中，这种情况发生了很多次，足以播下星云的种子，最终形成像太阳系这样含有金元素——以及所有其他重元素——的恒星系统。

黄金标准

黄金在我们的生活中随处可见。每台手机和电脑里都有这种元素。我们把黄金涂在太阳镜和宇航员的护目镜上。在电子产品和服装中，也经常用到金线。国家之间用黄金来偿还债务。我们用黄金制作珍贵的物品，从珠宝到宗教器物等。我们把黄金镶嵌在牙齿上，甚至用它制成马桶。医生会给病人注射含有黄金的药物，来帮助缓解类风湿关节炎。你甚至可以吃到镀金的巧克力。

卡尔·萨根曾说过一句名言：我们是由恒星物质构成的。事实上，我们周围的世界也是如此。下次当你欣赏手上的金戒指或脖子上的金项链时，请记住，它们的确是来自星星的礼物。