黄金是怎样炼成的

长久以来，黄金是人类财富的一种象征，漫长岁月抹去了一代代人的记忆，却没能消蚀人们对作为珍稀物品黄金的追逐和渴望。避开了黄金的财富属性，回归到它的自然特性，黄金是怎样产生的？在什么地方、什么时期产生？黄金比地球的历史还要久远，它在地球出现之前就已存在。人们还不能确定地球生命来源于外太空，人类是外星人“太空移民”的后代，却能确定黄金来源于“天空的礼物”。

黄金不同于诸如钻石之类的珍稀宝物，钻石的商业价值比黄金更高，但钻石实际上是珍贵的石头，黄金则是稀有的金属。地球内部的物质通过挤压作用形成钻石，地壳内部的重力产生了巨大压力，碳原子结构发生了形变，外表华丽的钻石是由碳原子组成的十分特殊的结构体。地幔层的最大压力改变不了黄金的原子结构，地球内部达不到炼制黄金的温度条件，中世纪的炼金术士锲而不舍地调制物质，他们将铅转化为黄金的尝试终究是徒劳的。

地球内部的黄金和钻石埋藏在地层深处，它们和其它诸如铅和银一类的重元素一起迁移到地壳层，人们通过矿业技术将贵重的金属矿物开采出来，国民经济和人们的日常生活离不开各种金属物质。如同黄金一样，地壳内的大多数重元素物质在地球出现之前就已经存在，它们实际上是地球上的“舶来品”。大约38亿年前，在地球上落下了一场巨大的陨石雨，在一次次“狂轰乱炸”的过程中，地球慷慨地接收了外来的稀有重元素物质。地球上比铁更重的金属物包括了金元素，它们都是在地球以外的太空产生的。

恒星是重元素物质炼制的“梦工场”，一部分重元素物质在恒星内部的极端条件下产生，在恒星演变的最后阶段释放到太空。科学家将重元素在恒星内部的产生过程分成快慢两种，慢的一种是所谓的s过程（s是英语单词slow的第一个字母），快的一种是所谓的r过程（r是英语单词rapid的第一个字母）。通常说来，低质量和中等质量的恒星或低于10个太阳质量的恒星表现为慢的重元素产生方式或S过程，在化学元素周期表中，直到钋的金属元素是通过r过程产生的，钋元素以上大约一半的重元素是通过r过程产生的，然而，科学家长期以来对r过程的发生地点和核合成的机制问题没有作出的很好的回答。

r过程的谜题直到引力波的发现才出现了破解的转机，年8月17日，两颗中子星在发生碰撞与合并的过程中发出了引力波、X射线和伽马射线，全世界数十个主要天文台以接收光波辐射方式发现了中子星的合并事件，两个先进的引力波观测台同时接收了引力波信号。科学家确信，在此次遥远中子星的灾变事件中，相当于数个地球质量的黄金被抛入周围的太空，在浩瀚的太空展现了“满天尽带黄金甲”的绚丽景观。在过去的大约50年，科学界流行了一种占主导地位的理论假设：r过程发生在大质量恒星死亡期的最后爆发阶段。

大质量恒星以超新星爆发的方式合成并释放了重元素物质，铁以下的轻元素是通过s过程产生的，其中的缓慢核聚变反应确保了恒星长久的稳定性，作为地球主恒星的太阳有非常稳定的结构，太阳内部的核聚变辐射压力抵消了太阳巨大物质产生的收缩引力。为了炼制在铁元素之后的重元素物质，或增加恒星内部的能量，或选择某种特别的路径。无论是s过程，还是r过程，极端天体的喷发都能将重元素抛撒到周围的太空，它们是弥漫在太空的星际介质的来源。

有一些物理模型以极为复杂的方式模拟了在超新星发生的r过程，多数模型没有满足r过程发生的物理条件，在过去的50年，研究人员逐渐了解了r过程的物理机制，可以将r过程发生的物理条件归结为简单的几个要素，其中包括大量的中子和极高的温度。中子星的核聚变反应满足了r过程的发生条件。研究人员在过去10多年的探索中找到了一种替代方案，他们将重元素的产生之地从超新星转向了中子星。顾名思义，中子星好似“超级中子库”，在中子星碰撞与合并的极端事件中，“超级中子库”释放了巨量中子，这为r过程创造了激发条件。

天体物理学家将双中子星在碰撞之中的爆发称之为“超巨星”，超新星和超巨星不同，大质量恒星在死亡期的爆发形成了超新星暴，双中子星在碰撞时的爆发形成了“超巨星暴”。年8月17日，一对中子星在发生碰撞之后的不到一秒时间释放了高能伽马射线，宇宙中最明亮的伽马射线以光速传播，太空探测器捕获了伽马射线的信号。在过去的几十年，科学家多次观测到了伽马射线暴，但同时在地面探测到了从中子星源发出的引力波，这在天文观测史上还是第一次，Virgo和LIGO的两个激光引力波干涉仪在引力波观测中发挥了关键作用。

通过对太空探测器和光学望远镜收集的数据资料进行的分析，研究人员证实了存在比铁元素更重的元素，通过对超巨星暴的喷射物进行的分析，他们发现重元素数量和在银河系中被观测到的物质元素的平均丰度保持一致。现在可以基本确定，炼制更重元素的r过程不仅发生在超新星暴之中，而且发生在超巨星暴之中，但研究人员目前不能确定“谁的贡献大”，也许超新星对重元素核合成的作用更大，也许超巨星对重元素核合成的作用更大，它们的贡献率问题还有待研究，而自然不存在“论功行赏”的顾虑。

年8月17日是一个值得天文学界纪念的日子，全世界主要的天文台都加入了对双中子星爆发事件的观测，研究人员在理解重元素如何形成和引力波如何产生的问题上取得了重要进展。Virgo和LIGO两台激光引力波干涉仪“听到”了引力波发出的“鸟鸣”。引力波天文学开启了天文观测和宇宙学新的一扇窗口。全世界的天文学家在中子星释放的多种辐射中“看到”了金光闪亮的黄金，天体物理学家、粒子物理学家和核物理学家对重元素的合成机制有了更深的认识。黄金不是在地球内部形成的，地球上稀有金属的黄金是通过恒星和中子星的核合成机制产生的，黄金决不是宇宙中的稀有金属。

（编译：-5-18）