对科学家来说，自然金丝一直是个美丽的谜团。研究这种致密金属的方法只有几种，再加上自然金丝极其罕见，因此没人愿意进行会破坏其结构的检测。现在，科学家们首次利用高科技手段对自然金丝的晶体结构进行了研究，这可能有助于他们弄清楚这些奇特的卷须是如何形成的。

　　供图：THE MINERALOGICAL & GEOLOGICAL MUSEUM AT HARVARD UNIVERSITY，COPYRIGHT 2012，PRESIDENT AND FELLOWS OF HARVARD COLLEGE

　　撰文：MAYA WEI-HAAS

　　1887年，当科罗拉多州的黄金产量接近顶峰时，吉尔曼镇附近的土拨鼠金矿发现了一件意想不到的宝藏：一根绳状的金条，分成了三根卷须。这件金饰高12公分，重约0.23公斤，是迄今为止发现的最罕见黄金。

　　俄亥俄州迈阿密大学的矿物学家John Rakovan说：“这确实是一件独一无二的物品，没有任何东西可以与之相比。”然而，这件珍品在科学上也存在不足之处：没人愿意损坏或切割已知的少量自然金丝样本，进行必要的测试，以弄清楚其形成机制。几十年来，这件金饰一直是一个美丽的谜团。

　　现在，研究人员在洛斯阿拉莫斯国家实验室一台0.8公里长的粒子加速器的帮助下，首次对这个被称为“公羊之角”的精美样品进行了深入研究。研究结果显示，这个看起来像是几十根闪闪发光的金丝构成的束状物，实际上要么是一块巨大的晶体，要么就是少量晶体生长在一起。

　　自然金丝的新研究尚未在同行评审的杂志上发表，但地质界已经开始对洛斯阿拉莫斯实验室最近发布的一份研究概述进行热烈讨论。哈佛博物馆的馆长Raquel Alonso-Perez称，目前的研究结果和未来的新研究可能会产生广泛的影响，比如促成更高效的采矿技术和发现黄金的新用途。目前“公羊之角”保存于哈佛博物馆。

　　1931年，哈佛校友、热心的矿物收藏家Albert C. Burrage在去世之前，组织了一次他精心收集的珍贵矿物收藏品的遗赠活动。在本图中，其中一部分藏品赠送给了他马萨诸塞州的母校。在1500多份珍藏品中，有一个特别珍贵：公羊之角。

　　供图：THE MINERALOGICAL & GEOLOGICAL MUSEUM AT HARVARD UNIVERSITY，COPYRIGHT 2012，PRESIDENT AND FELLOWS OF HARVARD COLLEGE

　　丹佛自然科学博物馆的地质学馆长James Hagadorn说：“他们的研究不可思议，毫无疑问他们将进一步充实研究成果。我们也想过对我们的样本进行同样的研究。” 丹佛自然科学博物馆中珍藏了来自科罗拉多州的土拨鼠金矿的其它自然金丝样本。

　　“这都是非常新颖、非常令人兴奋的研究，”洛杉矶自然历史博物馆的矿物科学馆长Aaron Celestian补充说，该博物馆中也珍藏了自然金丝样本。

　　金牙膏

　　开采黄金可能会让人联想到闪闪发光的金块画面，黄金在顺水流而下的过程中被水流冲击成金块。不过，当黄金随着自然加热、富含矿物的水流流经岩石裂隙时，也可以变成令人惊叹的晶体。当这些晶体变长后，通常被称为自然金丝。

　　“这有点像大猩猩踩在一管牙膏上，除了牙膏是纯金的，” Hagadorn说。

　　虽然这种光滑的金丝相对比较常见，但真正的自然金丝却极为罕见。Hagadorn说，这种金子可以从上面的凹槽辨认出来，就好像金子是从裱花袋中挤出来的一样，因此得名自然条纹金丝。据Rakovan估计，目前已知的能产生这类样品的金矿数量可能一只手就能数过来。

　　公羊之角目前保存于哈佛大学的矿物学和地质学博物馆。20世纪中期，作为哈佛校友Albert C. Burrage遗赠的珍贵矿物收藏品的一部分，公羊之角被送到这家博物馆。在发现公羊之角的年代，按重量计算，其价值为160美元，相当于今天的4500美元。出于安全考虑，Rakovan拒绝透露其目前的价值，只是表示它值“一大笔钱”。

　　公羊之角发现于1887年，是迄今为止人类发现的最大自然金丝样本。人们很快认识到它的珍贵稀有和潜在价值。1893年，丹佛的《大分水岭》杂志上发表了一篇文章，称这个样本是一块“奇特而罕见的金子”。

　　供图：THE MINERALOGICAL & GEOLOGICAL MUSEUM AT HARVARD UNIVERSITY，COPYRIGHT 2012，PRESIDENT AND FELLOWS OF HARVARD COLLEGE

　　2018年2月，在图森市一年一度的矿物珠宝展上，Alonso-Perez与Rakovan取得了联系，以了解他对研究公羊之角的兴趣。Rakovan仍然记得小时候在博物馆里参观时见过这个闪闪发光的展品，因此没有丝毫犹豫。他和团队与洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员进行了合作，希望通过非破坏性技术破译公羊之角的晶体结构。

　　不过，这也提出了一个巨大的挑战：将一件必须遵守一系列安全协议的无价之宝从马萨诸塞州运送到新墨西哥州。

　　“我们花了几个月的时间准备所需的文件，满足规定的政策，” Alonso-Perez说道，她还补充说，在核设施了开展研究只会增加所需文件的数量。不过，最终那块金子还是顺利踏上了旅程。

　　洛斯阿拉莫斯国家实验室中子科学中心的物理学家Sven Vogel称：“这可能是我经手过或保存过的最有价值的东西。”

　　金与银

　　在洛斯阿拉莫斯国家实验室，研究小组利用中子轰击公羊之角样本。中子是构成原子的亚原子之一，可以穿透黄金的表面。当这些粒子撞击晶体结构后，会向不同方向移动。对于单晶构成的样本，散射的中子通常只沿着几条路径运动。晶体越多，散射中子的运动路径就越散乱，观察到的信号就越模糊。

　　研究小组的分析显示，公羊之角很可能只是由少量晶体组成，而不是像看起来的那么多。研究小组还分析了来自哥伦比亚的一个小得多的自然金丝样品，该样本卷曲成单螺旋，结果表明它似乎也是由非常少的晶体构成。

　　这一结论与自然银丝形成了鲜明对比。自然银丝与自然金丝类似，只是更为常见。在之前的研究中，研究人员对这些银质样品进行了切割，结果发现它们是由许多相互连接的晶体束构成。

　　对于自然金丝，研究人员还寻找了被吸收的中子，结果发现了另一个令人惊讶的事实：两个自然金丝样本实际上都是含银30%的金合金。研究者在洛斯阿拉莫斯国家实验室开展了另一项研究，使用强大的x射线进行探测（比医学扫描使用的x射线能量强100多倍），结果表明两个样本的密度相似，因此构成成分也是相似的。

Albert C. Burrage（左）坐在位于波士顿联邦大道的家中的矿物展品前面。

　　供图：THE MINERALOGICAL & GEOLOGICAL MUSEUM AT HARVARD UNIVERSITY，COPYRIGHT 2012，PRESIDENT AND FELLOWS OF HARVARD COLLEGE

　　完成使命

　　新发现意味着什么还有待讨论，不过发表于《地质学》杂志上的一项新研究可能会提供一些线索，该研究深入探究了自然银丝的形成机制。在上述研究中，Rakovan和另一组研究人员通过硫化银合成了人造银丝，以梳理其形成机制。早在16世纪就有文献记载，当时冶炼银矿的矿工报告说，他们在冶炼期间看到了闪闪发光的金属丝。在新的研究中，研究者通过在硫化银块上创造温度梯度以合成人造银丝时，采用了类似的方法。

　　Rakovan解释说，人造银丝的形成源于硫化银的一种特殊性质，即所谓的超离子传导，也就是说在温梯度度或电压梯度的帮助下，银离子会以惊人的速度穿越固态岩石。这些高速银原子聚集在硫化银块的表面，最终将银丝的尖端向上推离。随着更多银聚集于硫化银块的底部，银丝就会继续生长。在短短半小时内，研究人员就能培育出0.7公分长的银丝。

　　“你可以看到银丝在你眼前生长，” Rakovan说。

　　研究人员推测，或许速度就是自然银丝中存在如此多相互连接的晶体的原因。黄金的活性更差，也不会自然形成硫化物，因此其生长速度可能就会慢得多，能够形成更大更少的晶体。Rakovan把这个过程比作砌一堵砖墙。

　　“如果你慢慢地建造一堵砖墙，你会建成一堵又平又直的墙。但如果每个人都匆忙地把砖头扔下去，然后把它们粘结在一起，那这堵墙就会充满缺陷。从本质上讲，这些缺陷就是（晶体）晶粒边界，”他说。未来，研究者将会通过高科技手段对黄金和白银进行研究，可能有助于找出其中一些答案。

　　Rakovan补充说：“在过去的两年里，我们对自然银丝的认识超过了过去400年。我们的研究方法和创意非常了不起。”

　　对于Alonzo-Perez来说，新研究有着更大的意义：“我觉得我们完成了博物馆藏品的使命，”她说。

　　虽然博物馆是公共教育的主要组成部分，但博物馆也是一个宝库，为未来的科学家保护人类的自然历史，而科学家则可以通过更加灵敏的测试来解决更复杂的问题，比如用粒子加速器研究一个多世纪前发现的黄金样本。

　　“博物馆的大多数藏品都是用来展览的，人们来这里参观和欣赏，”她说。“不过，我认为，归根结底博物馆藏品的目的是用于科学和研究，推动科学向前发展。”