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.
В средневековье алхимики пытались добиться, казалось бы, невозможного: они хотели превратить презренный свинец в драгоценное золото. В истории их принято изображать пожилыми чудаками. Но если бы они только знали, что их мечты вполне осуществимы! И правда: ведь сегодня мы можем производить золото. И всё благодаря достижениям науки, до которых средневековые алхимики не дожили каких-то несколько веков. Но чтобы понять, как этот ценный металл зародился на нашей планете, нам надо начать поиски со звёздного неба над головой. Золото пришло к нам из космоса, оно не родилось в недрах Земли, оно «ковалось» на необъятных просторах Вселенной и появилось на Земле в результате катаклизмических вспышек звёзд, называемых сверхновыми звёздами. Звёзды в основном состоят из водорода, самого простого и лёгкого элемента. Из-за огромного гравитационного давления в субстанции таких размеров происходит сжатие и запуск реакции ядерного синтеза в ядре звезды. В результате реакции высвобождается энергия водорода, отчего звезда светится. В течение многих миллионов лет синтез превращает водород в более тяжёлые элементы: гелий, углерод и кислород, последующие элементы всё быстрее и быстрее сгорают, пока не образуются железо и никель. Однако затем в результате ядерного синтеза больше не образуется энергия, а давление в ядре сходит на нет. Внешние оболочки сжимаются в центре, и в результате внезапного притока энергии происходит обратная реакция и звезда взрывается, в результате чего образуется сверхновая звезда. Огромное давление взорвавшейся звезды настолько велико, что субатомные протоны и электроны попадают в ядро, в результате чего образуются нейтроны. Нейтроны не имеют электрического заряда, поэтому их легко захватывают элементы из группы железа. После множественных захватов нейтронов образуются более тяжёлые элементы, которые не могут образоваться на звёздах при нормальных условиях: от серебра к золоту, далее через свинец к урану. В отличие от протекающего миллионы лет процесса образования гелия из водорода, создание самых тяжёлых элементов в сверхновой звезде происходит за секунды. Но что случается с золотом после взрыва? Волны от взрыва сверхновой звезды разносят её остатки по межзвёздному пространству, создавая вихри из газа и пыли, которые образуют новые звёзды и планеты. Скорее всего, так золото и попало на Землю, и в результате геотермальной активности сформировались его месторождения. Спустя миллиарды лет мы начали заниматься добычей золота. Процесс этот дорогостоящий, с учётом редкости золота. На самом деле, если собрать добытое за историю человечества золото, то оно бы уместилось всего в три олимпийских бассейна, хотя вес всего этого золота был бы огромен, поскольку плотность золота в 20 раз больше плотности воды. Так можно ли ещё выпустить этого драгметалла? Вообще-то... можно. Благодаря ускорителям частиц, мы можем повторить сложные ядерные реакции, благодаря которым на звёздах образуется золото. Но данные аппараты могут создавать золото по одному атому. И на создание одного грамма понадобится время существования вселенной, а цена его будет во много раз превосходить стоимость золота. Поэтому это не очень хорошее решение. Но если, гипотетически, мы столкнёмся с тем, что запасы месторождений Земли будут исчерпаны, есть и другие места, где золото можно поискать. По оценкам, в водах Мирового океана растворено около 20 миллионов тонн золота. Однако концентрация его настолько мала, что сейчас извлечение золота из морской воды стоит очень дорого. Возможно, когда-нибудь мы станем свидетелями золотых лихорадок на других планетах нашей солнечной системы. Кто знает? Вдруг очередная сверхновая звезда образуется где-то рядом, и на нашу планету прольётся «золотой» дождь. Только бы это одновременно не погубило всё живое на Земле.