為什麼鐵元素會引起超新星爆發?地球上那麼多鐵會不會很危險?

2020-12-14 星宇飄零

在大質量恆星演化到生命的末期,當低原子序數的元素燃燒完時就會發生超新星爆發。那麼地球上有那麼多的鐵,地球會不會很危險?其實大可不必擔心,地球上的鐵是不會引起超新星爆發的,至於為什麼?我們得先從恆星演化說起。

前奏——一個太陽質量恆星的誕生

當原始氣體雲在引力作用下發生坍縮,在收縮過程中核心溫度開始上升,當氣體雲坍縮到一定程度,核心溫度達到10000K左右,氫氦等原子開始電離,當氣體雲進一步坍縮,核心溫度進一步升高,達到約10000000K(1000萬開爾文),核心電離出的氫核會發生核聚變反應結合成氦核並釋放出大量輻射能量。

輻射出的能量產生高溫熱膨脹,阻止了氣體雲繼續坍縮,核心溫度和壓力會達到一定不斷平衡,核心的氫開始穩定地燃燒,中心輻射開始往外傳播,使外層氣體溫度上升,當外層達到熱平衡狀態,開始以熱輻射形式向外輻射,一顆發光發熱的恆星正式誕生。

主序星階段——恆星核聚變

對於一個太陽質量的恆星,當恆星燃燒完氫,由於引力坍縮產生的壓力和溫度未能直接點燃核心的氦,氦核會在核心堆積並在極大的壓力下進入電子簡併態,核心急劇收縮溫度也急劇上升,在電子簡併態的巨大壓力和溫度下部分氦終於被點燃,核心由於處於電子簡併態,無法產生熱膨脹,導致核心溫度失控地升高使更多的氦劇烈燃燒,這就產生了氦閃,每錯,那就是科幻電影《流浪地球》裡地球要逃離太陽的原因。由於氦閃過於劇烈,會導致大量完成氣體被從太陽表面拋出,同樣會進入紅巨星階段,而在高溫下,恆星核心終於脫離電子簡併態並繼續燃燒,直到氦全部燒完,恆星會再次進入以碳和氧為主的電子簡併態,這個狀態稱為白矮星。我們熟悉的天狼星的伴星——天狼星B就是一顆白矮星。

對於一顆太陽質量的恆星,它是無法燃燒到核心產生鐵的階段的,但對於一顆大質量恆星,比如超過25倍太陽質量的恆星,由於引力坍縮產生的巨大壓力,核心氦不會發生氦閃,而是在氫燃燒結束後,在核心收縮過程中就產生足夠的溫度點燃核心的氦。在燃燒完氦後也會直接過渡到碳、氖、氧、矽等元素的核聚變……

大質量恆星末期——超新星爆發

對於一顆質量大於10倍太陽質量演化到末期的恆星,其中心的鐵核開始堆積,核心會原來越重,導致更激烈的燃燒,但當低序數的原子核核聚變結束,無法抵禦坍縮,而核心鐵核由於核聚變所需的溫度超過了其核聚變後所能釋放的溫度,因此無法通過核聚變釋放能量來抵禦坍縮,恆星最終會向內坍縮,外層氣體會以近乎自由落體向內跌落,最終撞在處於電子簡併態的鐵核上並被反彈出去,這類似於彈性碰撞,這些外層物質跌落有多快被彈飛就有躲開,最終恆星一一次超新星爆發炸開。

當剩餘質量足夠大,核心簡併態鐵核會坍縮到中子簡併態甚至黑洞。

結語——讓人放心的答案

你會發現恆星之所以最終發生超新星爆發,並不是因為鐵爆炸了,而是由於鐵不能爆炸,不能通過核聚變釋放能量抵禦坍縮,所以地球上的鐵很安全,放心吧(^_^)。

相關焦點

  • 為什麼鐵元素會引發超新星爆發?地球上那麼多鐵會很危險嗎?
    恆星和行星中鐵元素的形成機制有差別,鐵是恆星生命向終點進發的臨界點,而對於行星來說是物質循環的重要組成部分,對於生命的形成和發展也具有重要作用。因此,鐵能觸發超新星產生爆炸,但不會對行星運行產生任何影響。
  • 為什麼第26號鐵元素會引爆超新星?地球上那麼多鐵會不會很危險?
    鐵器時代的崛起是人類社會發展的幸事,現代幾乎所有的工具中都是鐵或者鐵的合金,無論是大規模生產用的農具還是製造行業的工具以及設備,都少不了鐵元素的存在,甚至我們可以這樣定義鐵,如果沒有發現鐵元素,那麼也不會有現代社會,更不可能進入宇航時代!但這種對人類至關重要的鐵元素卻是恆星最毒的毒藥,因為恆星中一旦演化的鐵元素,等待它的只能在超新星爆發中終結一生!
  • 地球上比鐵元素大的元素是哪裡來的?
    畢竟,粒子物理學家們都是研究小尺度的問題,可是宇宙的一些問題,都是大尺度上的。可萬萬沒有想到的是,正是這些粒子物理學家實現了天文學,物理學雙重的大跨越。他們利用核物理學解決了「太陽為什麼會發光?」、「宇宙是如何起源的?」等問題,其中他們把元素的起源和恆星的演化合併成為了一個問題來解決,並且最終解決了這些問題。
  • 為什麼26號元素鐵,可能是宇宙最後一種元素?
    目前,人類已知的元素共有118種。從第1號元素氫(H)到第98號元素鉲(Cf)都可以在地球上找到,更重的元素則是通過人工合成出來的。理論上,人類還可以合成出更重的元素,最重的元素有可能是第184號元素。在地球上,氧、矽、氮、鋁、鐵等都是十分常見的元素。
  • 恆星只能核聚變到鐵元素,鐵之後的元素是如何誕生的?
    恆星的核聚變最多只能進行到鐵元素,那么元素周期表上的其它元素是從哪裡來的呢? 我們這個宇宙的元素究竟是從哪裡來的呢? 太陽有71.3%的物質是由氫氣組成的,氦氣佔27%,其它的元素僅佔了2%,那麼太陽中的氫氣是從哪裡來的呢?
  • 恆星內部核聚變到鐵就停止了,那宇宙中比鐵重的元素怎麼產生的?
    根據科學家們長期對宇宙起源特別是恆星發展演化的研究,逐漸發現所有宇宙天體元素構成的相似性,即使是地球和太陽,這兩個無論是質量和形狀,還是內部核變情況都完全不同的星體,它們在元素組成上也幾乎一模一樣,不同的是豐度差異較大而已。
  • 構成地球的物質從何而來,為什麼說鐵元素是核聚變的終結者?
    從我們所生活的地球上的物體,再拓寬視野進入太陽系,然後是銀河系,再到更加廣袤的河外星系,共同組成了我們可觀測宇宙的一部分,而這些宏觀物體都是由微觀原子構成,而微觀原子又由於質子和中子的不同組合,形成了豐富多彩的物質世界。那麼,我們追根溯源,這些物質都是怎麼來的呢?
  • 地球上最強磁鐵能夠把血夜中的鐵給吸出來嗎?
    既然磁鐵可以吸引鐵,那麼你有沒有想過,是否存在一塊強有力的磁鐵可以將血液中的鐵吸走呢?還有,我們是否可以製造出一種足夠強有力的磁鐵,以至於可以將身體中的每一個原子撕碎呢?首先,磁鐵為什麼會吸引鐵?超導磁體是一種由超導導線製成的電磁鐵,由於超導導線沒有電阻,因此維持磁場並不會消耗能量。我們可能對超導磁體不是很熟悉,但它的應用你一定聽說過,比如醫院裡的核磁共振檢查,還有物理上的粒子加速器。
  • 核聚變到鐵就停止了,元素周期表中鐵之後的元素都是咋來的?
    在地球上,人類要引爆一顆氫彈,就需要製造一個高達一億度的環境溫度來給氫核聚變提供反應條件,比如:引爆氫彈之前會先引爆一顆原子彈。 它的意思是說,即便是需要輸入能量才能發生的反應,在微觀世界中也有極其低的概率會發生。由於太陽十分巨大,粒子數足夠多。因此,再低的概率,乘以太陽的粒子數,也是一個大概率發生的事件,只是速度會非常慢。因此,氫核聚變反應是可以發生的,但不會像氫彈那樣一下子全炸了。反應過程就是4個氫原子核產生一個氦原子核。
  • 宇宙中共有多少元素?地球之外或只有94種,全宇宙唯地球元素最多
    那麼氫元素之外的元素又是怎樣形成的呢?除了部分氦元素和鋰元素等同樣產生宇宙大爆炸之外,其他元素大部分都是恆星在核聚變和超新星爆發時合成的。那些比太陽質量更大的恆星則會繼續核聚變燃燒下去,生成元素周期表上更高級的元素,不過當恆星內部開始合成鐵元素的時候,它就會發生超新星爆發了,這是因為鐵元素形成的時候不會釋放能量,而是會吸收能量,這個時候恆星內部的輻射壓會消失,恆星外部巨量的物質會迅速向中心坍縮,將核心擠壓成中子星,而在這一過程中也會有巨量的能放能量釋放出來,在一瞬間合成元素周期表上鐵元素以上的多種元素
  • 構成我們的物質從何而來,為何鐵元素是核聚變的終結者?
    人類生存於地球之上,地球這顆星球又與其他星球一起生活在宇宙之中,而宇宙又由物質構成,就像在細胞內有100多種化學元素,其中的氧、碳、氫、氮這四種元素佔我們人體構成的96%,那麼構成我們的物質從何而來?而當恆星內部有鐵元素產生後,恆星會變得不穩定起來,而聚變生成的鐵元素會在大質量的恆星內部聚集,最終在內部形成一個鐵核心,此時在恆星內部,核聚變反應不再對外釋放能量,還會吸收外部能量,此時恆星的內部就會失去抵抗重力的能力,而恆星的體積也會急劇收縮,導致外部物質迅速坍塌,引發超新星爆炸,在這個過程中,還會形成原子序數大於鐵的元素,但是這種情況一般不容易發生。
  • 都說黃金貴,那麼鐵、鋁、銀等其他金屬和黃金的差距在哪裡?
    黃金的價值在人們的心目中已經根深蒂固,黃金成為了財富的象徵之一,那麼為什麼黃金會這麼貴呢?鐵、鋁、銀等其他金屬和黃金的差距在哪裡? 簡而言之,與鐵和鋁相比,黃金非常稀有,很難提取。長話短說:讓我們先看看鐵礦開採與金礦開採的比較。
  • 鐵元素才是宇宙的「最強王者」?宇宙最後真的會只剩下鐵嗎?
    鐵元素根據熱力學第二定律的描述,宇宙的熵無時無刻不在增加,而這種熵增體現在物質的相互轉化上。根據元素周期表中元素的排序,鐵元素之前的元素會因為物質聚變的原因不停地產生排名靠後的元素;而鐵元素之後的元素則會因為衰變的原因不停產生排名靠前的元素。而這兩種作用的最終結果會在鐵元素的位置停止!所以有人認為宇宙最後只會剩下鐵元素,因為根據熱力學第二定律,其它元素終將轉變為鐵元素!
  • 宇宙中的鐵和黃金是怎樣產生的?真的存在黃金星球嗎?
    先說說元素合成的過程,再說釋放的數量。不是所有恆星都能產生鐵和黃金,只有大質量恆星才可以。像太陽這樣的恆星,主要合成氦元素,當氦元素發生核聚變時,其釋放的能量比氫聚變釋放的能量更高,內層氦聚變放出的能量引起太陽膨脹,有機會超過太陽引力的束縛而爆炸,這就是氦閃(流浪地球上設定的太陽末日就是氦閃)。
  • 12級地震也摧毀不了地球,因為地球無法自殺!但白矮星可以
    二、為什麼說地球上的地震毀滅不了地球?天體是有引力結合在一起的,而地震則是則由引力引起,因此在強大的地震也只會使這顆星球更為緊密,因為它會調整內部的間隙而達到更緊緻的狀態,當然地球上的板塊運動也許與這個效果相違背,但在行星上地震是無法徹底毀滅地球的!三、能被自身地震所部分毀滅和徹底毀滅的案例1、有一種天體的可以被自身的「地震」部分毀滅!
  • 太陽一直依靠什么元素在燃燒,地球上的重元素又是怎麼來的?
    本文基於回答網友一個這樣的問題:太陽目前氫核聚變是氦碳氧穩定燃燒地球上的鐵鎳重元素哪裡來的?可以說,這是一個毫無邏輯亂七八糟的問題,但既然邀請回答,就從中挑出幾個稍顯合理的問題說明一下。太陽核心每時每刻都在發生著氫核聚變,但並非是「氦碳氧穩定燃燒」。
  • 新星和超新星是剛出生的恆星嗎,Ⅰ型和Ⅱ型超新星有什麼不同?
    網上有許多超新星的圖片,它們很漂亮,奼紫嫣紅光彩照人。許多網友常被」新星「這個名詞迷惑,」新星「不就是新出生的星星嗎?為什麼又會有超新星爆炸呢?那麼超新星又是什麼呢?現在我們就來討論一下。所謂「新星」、「超新星」的「新」字都是一個誤會,它們都不是「新」,而是「老」,是「老」星臨終前的迴光返照,拼盡全力為這個世界留下一抹最後的光茫。
  • 恆星核聚變的終點是鐵元素,但是我們太陽的聚變過程到達不了鐵!
    鐵原子擁有最穩定的原子核,是核聚變與核裂變的「終點」,大質量恆星內部的核聚變到鐵就停止了,最後在恆星中心形成一個不穩定的鐵核,但是中小質量恆星由於溫度太低,聚變過程根本到達不了鐵元素。矽燃燒對於大質量的恆星,在演化末期溫度會變得極高,最終將引發矽元素的聚變反應,其產物主要是鐵,一旦恆星內部有鐵元素生成,就意味著恆星的末期快到了,此時恆星變得極不穩定。
  • 為什麼地球像個大磁鐵一樣?
    為什麼地球就好像一塊大磁鐵,不,地球就是磁鐵。但它不是永磁體,而是電磁體。為什麼呢?因為在地球深處,熱量不均產生的對流,導致了熔融金屬(主要是鐵)流動(熱量似乎是由於鐵在地球的固體核上凝結而產生的)。這種流動通常會形成各種各樣的特定樣子,就像在煎鍋中加熱的油的那個樣子。流動導體中的此類樣子會很容易產生磁性。 「發電機」也是這樣的原理,該設備通過移動的導體產生電流和磁力。發電機的原理是這樣的:如果有一點磁場,那麼當導體經過它時,它將導致電流流動。該電流會產生一個磁場,如果幾何形狀正確,則會增強原始磁場。因此它會一直增長,直到作用力足以修改這個形狀為止。
  • 地球上唯一外殼是鐵構成的生物,連腳都鍍上了鐵
    地球上唯一外殼是鐵構成的生物,連腳都鍍上了鐵我們知道,子彈的威力可是很巨大的,世界上很少有東西能夠抵擋住子彈的攻擊。除了防彈衣以外,防彈衣因特殊的材質比鋼板還結實,所以它在部隊當中也會受到士兵的歡迎。但有種一種生物卻令人很意外,這種生物的外殼連子彈都打不透它,是如今發現的地球上唯一外殼是鐵構成的動物。連腳都鍍上了鐵,整體非常的堅硬無比。