為什麼地球上的金子比銀子少？

「金銀天然不是貨幣，但貨幣天然是金銀」，從古至今，金銀幾乎貫穿了我們人類發展歷史，有著舉足輕重的作用。研究者認為，作為重金屬的金和銀是在最極端的恆星環境形成的，因形成的機制不同，金子的數量明顯少於銀子。

宇宙中的各種元素是如何形成的？為什麼地球上金子的數量少於銀子？現代技術如此發達，我們是否可以做到「點石成金」？我們請美國明尼蘇達大學物理與天文系的錢永忠教授為我們解讀。

要了解金銀的形成機制，就必須了解一些背景知識。大家在中學化學課上都接觸過元素周期表，裡面列出了已經被發現的100多種元素，與這些元素對應的 原子是構成宇宙中普通物質的基本單位。而原子則是由帶正電的原子核與核外帶負電的電子組成。原子核幾乎包括了原子的全部質量，它由質量大約相等的質子和中 子組成。質子帶正電，中子不帶電。原子核含的質子數就是相應元素在周期表中的序號，因此，質子數相同但中子數不同的原子核對應於同一種元素。有數千種原子 核對應於周期表中的100多種元素，這些原子核中的絕大多數是放射性的，通過各種衰變最後會變成穩定核。宇宙中只有270多種穩定核，對應於81種元素。

宇宙中各種元素的相對數目也就取決於具體合成方式的難易程度和相應環境的普遍性。現代物理和 天文學理論認為，我們的宇宙在近140億年前的大爆炸中誕生，經歷一個極高溫狀態後開始不斷膨脹冷卻，並在這個過程的最初幾分鐘內製造了最輕的三種元素： 氫、氦和鋰。因此，以質量記，早期宇宙中的所有氣體都含有約75%的氫，約25%的氦和極少量的鋰，這決定了合成其他元素的初始條件。

包含原始氫和氦的氣體受萬有引力的作用匯聚起來形成大大小小的恆星，而恆星發光靠的就是把氫和氦合成為更重的元素。這種獲取能量的方式類似通過燃燒木柴 取得熱量，只是效率要高出數百萬倍。質量為太陽8倍以下的小到中等恆星只能把氫燒成氦和把氦燒成碳跟氧，而比太陽重8倍以上的大恆星還能把這種燃燒過程繼 續下去，最終可以合成鐵。正如木材燒成的灰不能再用來生火，鐵是恆星內部進行的燃燒的最後產物。

比如鐵的質子數是26，有很多金屬如金銀都比它的質子數多，比它重，那鐵之後的金屬是怎麼形成的呢？

鐵以後的元素主要靠俘獲中子來合成。但是游離於原子核外的自由中子是不穩定的，平均壽命約為15分鐘。因此，要俘獲中子就得在可以提供中子的星 體環境中「現賺現吃」，這是合成金銀等元素需要極端星體環境的原因。現在我們知道有的環境可以合成總質量差不多的金和銀，還有的環境只能合成銀而不能合成 金。然而天文觀測表明，前一種環境更為普遍。所以，宇宙中的金和銀應該有差不多的總質量。美國國家地理網站的那篇報道有幾處與現有的理論和數據不符，這是其中之一。

在地球形成過程的初期，有很多月亮大小的雛形行星體撞到一起，產生的大量熱量使得這時的地球處於熔化 狀態，密度較高的含鐵物質就沉到地心；因為金原子和鐵原子非常親和，絕大部分金就隨著鐵到了地心；銀原子不跟鐵原子親和，所以留在地殼裡的銀要比金多出很 多。

如果我們考慮整個地球上的金和銀，它們的總質量就差不多。這個結論可以用太陽系以及其他恆星的觀測數據來佐證。首先，太陽系裡的行星和衛星形成後， 還有很多隕石留下。如果隕石不是由熔化過的物質形成的，它含的金屬就保留了形成太陽系的原始材料的成分。通過對掉到地球上的這種隕石的分析，得到的結果是 有10克銀子就會有7克金子。其次，由於太陽的溫度極高，它含的所有元素都處於氣體狀態，因此金和銀在太陽里不存在分布不均的問題。太陽發出的光通過它的 表層時，有一部分會被那裡的元素吸收；因為不同的元素吸收不同頻率的光，通過觀測太陽的光譜，我們就能得到太陽里各種元素的含量。這種觀測得出的金銀相對 含量與隕石分析的結果一樣。最後，太陽光譜分析也可以推廣到其他恆星。就我所知，天文學家已經在另外4顆銀河系的恆星中測到了金和銀，而且這4顆星中金和銀都有差不多的總質量。

（答案整理自科學網）

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