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地球上的金子到底從哪裡來的?

1月
22
2020

2020年1月22日11時 文化聽我講

文化聽我講

我們不是現存的第一代相干物質。宇宙大爆炸中,在任何水平的豐度中都僅有三種元素被合成—約75%的氫,25%的氦氣,其餘的大部分是鋰。

但是,很明顯,我們的星球是由其他物質組成—我們有鐵、矽、氧和鉑等等。

這些來自哪裡?

我們的太陽系(實際上是我們周圍可見的大部分太陽系)(很可能)是至少一顆上一代恆星的結果。

這些恆星在超新星中爆炸,合成了大量的重元素(SN 1987A產生了相當於我們太陽質量十倍的鈦元素!),然後飛出宇宙虛空。

圖解:大質量恆星發展至核心坍縮前的洋蔥狀結構(未依照比例)。

這些超新星留下的「塵埃」—富含重元素的重鹽—在重力作用下收縮產生新的恆星系。

人們常說我們的太陽是一顆「第二代」恆星,但這種差異並不那麼明顯。儘管如此,我們無可避免地得出這樣的結論:我們的太陽系是從前幾代恆星爆炸產生的塵埃中形成的,而這些恆星早已死亡。

但是有這樣一個問題。

圖解: 表示宇宙中不同能量密度組成比例的餅圖,根據與觀測最相符合的ΛCDM模型,有95%的成分都以充滿奇異性質的暗物質和暗能量形式存在。

超新星可以解釋許多我們觀察的元素的豐度,但是仍然有少量元素(如黃金和鉑金),我們的觀察和預測的豐度並不一致。

因此我們有兩種選擇:

一些其他的物質使這些元素變得多餘,並以與超新星類似的方式分散了這些元素。我們的預測是錯誤的。多虧我們的理論,看來這是我們的第一個選擇。

研究結果表明在中子星碰撞的電磁頻譜中含有豐度極高的黃金和鉑金,被引力波獨立測驗出(就其本身而言是一項里程碑式的重要發現)。

這種黃金和鉑金被用極大的力量射出,這種力量僅略低於一顆超新星。

因此我們僅僅觀察到一顆中子星在周圍區域用黃金和鉑金為下一代恆星系形成和發展播種。

因此,推論的結果是過去宇宙中也發生過中子星碰撞。

從以往那些中子星碰撞中放射出的重元素豐富了常規超新星的塵埃,使我們今天觀察的眾多元素的豐度得以上升。

相關天文知識

金是一種化學元素,以Au為符號(來自拉丁語:aurum),原子序數為79,讓它成為自然存在的更高原子序數的化學元素之一。在它純度最高的構造中,金是一種明亮、帶有微紅的黃色、密實、硬度低、可塑而且具有延展性的金屬。化學上,金是過渡金屬也是第11組元素。

圖解:氯氣中的化學轉移反應合成了金晶體。純度>99.99%

它是最不易起反應的化學元素之一,在標準條件下呈固體狀。金通常以自由元素形式出現,比如岩石,礦脈和沖積層中的天然重金屬塊或者微量元素。它在含銀固溶體系列中出現(作為金銀合金),也可與銅和鈀自然合金化。在不那麼常見的情況中,金出現在礦物質中通常與碲(金碲)一起作為金製劑。

圖解:金的電子層(2,8,18,32,18,1)

金對大多數酸有抵抗性,儘管它確實在王水中溶解,一種含氮酸和鹽酸,會產生可溶性四氯月桂酸鹽陰離子。金在可溶解銀和賤金屬的氮酸中不可溶,這種特性很久以來被用來提煉黃金和確認金屬物體中含金,以及進行酸性測試。金在氰化物鹼性溶液中也可溶,被用來採礦和電鍍。在水銀中金也是可溶的,產生汞合金,但這種反應不是化學反應。

圖解:在金瓜石黃金博物園區展出的220kg金磚。

作為一種相對稀有元素,黃金是一種自古以來就被用在金屬貨幣、珠寶和其他藝術品中的稀有金屬。在過去,金本位經常被用作貨幣政策,但是金幣在二十世紀三十年代停止生產為流通貨幣使用,世界的金本位制也在1971年後被禁止作為法定貨幣制度使用。

圖解:受掃描電子顯微鏡觀察前的加上金塗層的昆蟲樣本。


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