金は実は宇宙から来たものなんです！科学者は金を「生産」できるのでしょうか?

多くの物質が人工的に合成できることは誰もが知っています。たとえば、科学者はハイテク機器を使用して高温高圧の環境を作り出し、炭素元素を使用してダイヤモンドを合成することができます。では、金はどこから来るのでしょうか。そして、なぜハイテク機器で合成できないのでしょうか。パンケ氏に従って科学者のもとへ行き、答えを見つけましょう!

ファット・ケ：科学者さん、科学者さん、金はどこから来るんですか？なぜそんなに高いのですか？

科学者：地球は自ら金を生産できないので、金は高価です。つまり、地球上の金の量は地球が創造されたときと同じである。採掘量を増やすと、「在庫」は減ります。高くないですか？ところで、金はどこから来るのでしょうか?これは非常に長いトピックです。それを聴く忍耐力はありますか？

ファトコ：もちろんだよ！

● 「金」は宇宙の産物であることが判明

科学者：天体物理学者は、金がまれな恒星の大災害から生まれることを発見しました。 46億年前に地球が初めて形成されたとき、金を含む重金属は地球の中心部に沈んでしまい、地球の表面には金のような金属はほとんど存在しなくなりました。しかし、40億年前、新しく形成された地球は後期重爆撃期と呼ばれる時期に大きな打撃を受け、小天体の嵐が地球に襲来し、金やその他の新しい金属が地球にもたらされました。

強調する価値のある最初の点は、地球上のすべての物質を構成するすべての要素が実際には宇宙から来ているということです。私たちは地球上で徐々にそれらを発見し、1869年に有名なメンデレーエフの周期表にそれらを軽いものから重いものの順に並べ始めました。陽子が 1 つしかない水素から、陽子が 94 個あるプルトニウムまで、さまざまな元素が生まれましたが、当時はそれがどこから来たのかはわかりませんでした…

最も軽い2つの元素、水素とヘリウムは、どちらも宇宙の始まりに自然に形成され、初期のすべての星が作られた原材料です。その後の星の進化の過程で、核融合反応によって陽子の数が多いより重い元素が生成されます。やがて、私たちの体を構成する元素である炭素、窒素、酸素、カルシウムが誕生しました。星はこれらの元素を周囲の空間に拡散させ、星雲内の元素含有量を増加させ続けます。最終的に星雲は崩壊し、太陽、地球、その他の惑星や小天体が形成されました。

つまり、地球上のすべての金は、太陽が誕生する前に宇宙で起こった超大災害から生まれたのです。

●「金探し」の長い旅

ファット・ケ：金は実は宇宙からやってくるんだ！宇宙で何が起こって金が生まれたのでしょうか?

科学者: 実は科学者たちは長い間、宇宙の金、プラチナ、ウランなどの重元素がどこから来るのかを知りたいと思っていました。答えを見つけるために多くの時間と労力が費やされました。未知のものの探究は、絶え間ない推測、検証、そして覆しとやり直しのプロセスです。科学者たちの「金探し」の旅もまた紆余曲折に満ちている。

科学者たちはかつて、星の寿命の終わりに起こる超新星爆発が、重い原子を生成するのに十分なエネルギーを供給できると信じていた。

しかし、他の情報源が存在するかどうかは完全には定かではありません。

この問題は2018年まで進展がありませんでした。

中性子星は、大質量星の中心核の崩壊によって生成されます。研究者たちは、2つの中性子星が重力によって互いの周りを回ると、乱れた重力波が宇宙に放出されることを発見した。 2つの中性子星は重力波によって軌道エネルギーを失い、徐々に接近して衝突し、爆発します。これを基に研究者らは中性子星合体のモデルを確立し、キロノバと呼ばれる爆発現象が発生し、この過程で金、銀、ウラン、プラチナなどの重金属など、大量の新しい重元素が形成されるのに十分なエネルギーも生成されることを明らかにした。この「大きな量」は、地球の質量の単位で測定できるほど大きいことは言及する価値があります。

ついに2017年8月17日、予想されていた重力波信号が米国の重力波レーザー干渉計観測所によって初めて検出されました。その後、光学赤外線望遠鏡によって金やプラチナなどの重金属成分が検出されました。重金属は中性子星の衝突によって発生するという長年の理論が、ついに予備的に検証された。そしてこの観測により、そこには地球の質量の約10倍の金とプラチナが含まれていることが明らかになりました。

ファトコ：すごい！科学者たちはこの方法で金原子のもう一つの供給源を特定したことが判明した。

科学者：この検証の後、科学者は中性子星の衝突によって金、銀、ウラン、プラチナなどの重金属も生成されることを確認しましたが、どの生成メカニズムが支配的であるかについては科学者はまだ結論に達していません。

2020年に天体物理学ジャーナルに掲載されたオーストラリアの銀河進化の分析によると、中性子星の衝突ではこれまで想定されていた量の重元素は生成されず、中性子星の衝突頻度の最も楽観的な推定値さえも達成できないことが判明した。これは、中性子星の衝突によって生成された宇宙の金含有量は、これまで観測されたもののごく一部に過ぎず、中性子星の役割は大幅に過大評価されていた可能性があることを意味します。

金の起源は今日でも不明ですが、近い将来に謎が解けると信じています。

● 科学者による金作りの試み

パンケ：科学者たちは金の源を探すために、非常に多くの推測や調査を行ってきたことがわかりました。こうした不屈の探究心は本当に素晴らしいですね！龐克にはもう一つ小さな疑問がある。人間は原子炉や粒子加速器を使って原子を作り出すことができますが、科学者は人工的に金を作ろうとしたことがあるでしょうか?

科学者：もちろん私たちは試みましたが、現在のところ、粒子加速器などの装置を通して原子を衝突させることによってのみ、金原子を生成することができます。しかし、地中に放出された金の原子が崩壊して凝集し、人間が採掘して使用できるようになるまでには何百万年もかかるのと同様に、科学者が人工的に金を「生産」したい場合も、同じ化学的、物理的変化を経る必要がある。必要な長いプロセスは人間の能力を超えています。

ファット・ケ：そういうことだったんだ！質問に答えていただきありがとうございます！

地球上の金は無限ではありません。地球に住む私たちは、宇宙からの2度目の贈り物を待ちきれません。それが「高価」なのは、その資源が再生不可能なためであり、また科学者が知識を絶えず追求しているためでもある。 「継続的な蓄積により、飛躍とブレークスルーが続きます。」宇宙は広大で無限です。今日の発見はすべて単なる出発点に過ぎず、人類の宇宙探査は決して止まることはありません。