In medieval times, alchemists tried to achieve the seemingly impossible. They wanted to transform lowly lead into gleaming gold. History portrays these people as aged eccentrics, but if only they'd known that their dreams were actually achievable. Indeed, today we can manufacture gold on Earth thanks to modern inventions that those medieval alchemists missed by a few centuries. But to understand how this precious metal became embedded in our planet to start with, we have to gaze upwards at the stars. Gold is extraterrestrial. Instead of arising from the planet's rocky crust, it was actually cooked up in space and is present on Earth because of cataclysmic stellar explosions called supernovae. Stars are mostly made up of hydrogen, the simplest and lightest element. The enormous gravitational pressure of so much material compresses and triggers nuclear fusion in the star's core. This process releases energy from the hydrogen, making the star shine. Over many millions of years, fusion transforms hydrogen into heavier elements: helium, carbon, and oxygen, burning subsequent elements faster and faster to reach iron and nickel. However, at that point nuclear fusion no longer releases enough energy, and the pressure from the core peters out. The outer layers collapse into the center, and bouncing back from this sudden injection of energy, the star explodes forming a supernova. The extreme pressure of a collapsing star is so high, that subatomic protons and electrons are forced together in the core, forming neutrons. Neutrons have no repelling electric charge so they're easily captured by the iron group elements. Multiple neutron captures enable the formation of heavier elements that a star under normal circumstances can't form, from silver to gold, past lead and on to uranium. In extreme contrast to the million year transformation of hydrogen to helium, the creation of the heaviest elements in a supernova takes place in only seconds. But what becomes of the gold after the explosion? The expanding supernova shockwave propels its elemental debris through the interstellar medium, triggering a swirling dance of gas and dust that condenses into new stars and planets. Earth's gold was likely delivered this way before being kneaded into veins by geothermal activity. Billions of years later, we now extract this precious product by mining it, an expensive process that's compounded by gold's rarity. In fact, all of the gold that we've mined in history could be piled into just three Olympic-size swimming pools, although this represents a lot of mass because gold is about 20 times denser than water. So, can we produce more of this coveted commodity? Actually, yes. Using particle accelerators, we can mimic the complex nuclear reactions that create gold in stars. But these machines can only construct gold atom by atom. So it would take almost the age of the universe to produce one gram at a cost vastly exceeding the current value of gold. So that's not a very good solution. But if we were to reach a hypothetical point where we'd mined all of the Earth's buried gold, there are other places we could look. The ocean holds an estimated 20 million tons of dissolved gold but at extremely miniscule concentrations making its recovery too costly at present. Perhaps one day, we'll see gold rushes to tap the mineral wealth of the other planets of our solar system. And who knows? Maybe some future supernova will occur close enough to shower us with its treasure and hopefully not eradicate all life on Earth in the process.
중세시대에 연금슬사들은 불가능해 보이는 것을 이루려고 했어요. 그들은 납을 빛나는 황금으로 바꾸길 원했습니다. 역사는 이런 사람들은 나이많은 괴짜들로 묘사합니다. 만약 그들이 자신들의 꿈이 실현 가능하다는 걸 알았다면 어떨까요. 우리는 황금을 만들 수 있습니다. 중세시대 연금술사들이 몇 세기 차이로 놓쳤던 현대의 발명 덕분입니다. 하지만 어떻게 이 귀한 금속이 이 행성에 존재하게 되었는지 이해하기 위해서는 우리는 하늘의 별을 살펴봐야 합니다. 황금은 지구밖에 있습니다. 행성의 지층에서 형성된 것이 아니라 사실 우주에서 형성되었고 현재 지구상에 있습니다. 바로 별의 폭발때문이죠. 초신성이라고 불리는 바로 그것말이에요 별은 주로 수소로 이루어져 있어요. 가장 가볍고 밝은 원소죠. 수 많은 물질의 거대한 만유인력은 별 내부에서 핵융합을 일으켰어요. 이 과정에서 수소에서 에너지가 새어 나왔고 별을 빛나게 합니다. 수 백만년이 넘는 시간동안 핵융합은 수소를 다른 무거운 원소로 바꾸었습니다. 헬륨이나, 탄소, 산소같은 원소들로요 그 다음 원소들을 빠르게 태우면서 철이나 니켈로 변합니다. 하지만, 이 시점에서 핵융합은 더 이상 충분한 에너지를 내지 않아요. 핵의 압력은 조금식 낮아집니다. 외부의 층은 중앙으로 무너지고 갑작스러운 에너지 주입으로 다시 튀어오릅니다. 별은 초신성을 형성하면서 터지죠. 별이 붕괴할 때의 압력은 너무 높아서 아원자 입자와 전자들은 핵 내부에서 융합됩니다. 중성자를 형성하면서요. 중성자는 전하를 가지고 있지 않아서 쉽게 금속군 원자에게 달라붙습니다. 다중 중성자 포획은 무거운 원자의 형성을 가능케 합니다. 정상적인 상태의 별에서는 불가능하죠. 은이 금이 된다거나 하는건 말이에요. 납에서 우라늄으로 수소가 헬륨이 되는데 수십만년이 걸린 것과 극단적인 대조로 초신성에서 무거운 원소가 형성되는 것은 겨우 몇 초만 걸립니다. 폭발 뒤에 금으로 변하는 것은 무엇일까요? 팽창하는 초신성 충격파는 성간 사이의 광범위한 잔해가 가스, 먼지와 섞이도록 하고 이는 새로운 별과 행성에 압축됩니다. 지구의 금은 지질학적 활동으로 지맥 사이에 이겨지기 전에 이런 방식으로 만들어졌습니다. 수십억년 뒤에, 우리는 이 귀중한 금속을 채굴합니다. 많은 비용이 들지만 금의 희귀성이 이를 보완합니다. 사실, 우리가 역사상 채굴한 모든 금은 올림픽 규격 수영장 3개 안에 모두 쌓을 수 있는 양입니다. 엄청나게 많기는 해요. 금은 물보다 밀도가 20배는 더 높기 때문이죠. 이 귀중한 원재료를 더 만들 수는 없을까요? 물론, 가능합니다. 미립자 가속기를 이용해서, 금이 만들어지는 복잡한 핵반응을 흉내낼 수 있습니다. 하지만 이 기계는 원자 단위로만 금을 만들어냅니다. 그래서 1g의 금을 만들기 위해선 거의 우주의 나이만한 시간이 걸립니다. 현재 금의 가치를 엄청나게 초과하는 비용을 들여서 말이죠. 그러니 이것은 별로 좋은 방법이 아닙니다. 육지에 매장된 금을 다 채굴했다고 가정할 때, 금을 찾을 수 있는 다른 장소가 있습니다. 바다에는 2천만 톤의 용해된 금이 있다고 추정됩니다. 하지만 너무 작은 집중도로 인해 복원하는데 너무 많은 비용이 듭니다. 아마도 언젠가 태양계의 다른 행성의 물에서 골드러시를 발견할 수도 있습니다. 누가 알아요? 미래의 초신성이 우리가 금으로 샤워하는 날을 앞당길지요? 그 과정에서 지구상의 모든 생물을 근절하지 않기를 바랍니다.