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?

2020-12-25 騰訊網

鐵對人類有多重要？

鐵應該是與人類歷史糾葛最深的元素了，從公元前4000年進入青銅時代開始，青銅這種易於冶煉和加工的金屬為人類社會發展提供了極大的助力，但青銅硬度很高卻也脆性太大，缺點顯而易見！到公元前2500年時，鐵器開始出現，此後技術的提升使得冶鐵技術的提高，鐵器開始替代青銅製造的農具和兵器，青銅開始退居酒器與祭器！

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！

為什麼恆星發展到鐵就會死？

恆星能保持大致球體的原因有兩種，一種是引力坍縮致靜力平衡，另一種是恆星內部產生的輻射壓，所以恆星的呈現在宇宙中形態，就是一個高溫的等離子球體，它會因為自轉而略扁，但密度並不會比水高很多，比如太陽的平均密度只有水的1.4倍！

靜力平衡

一個大於直徑500千米的天體，會在靜力平衡的狀態下趨向於球體，比如地球，儘管有山脈和海洋，還兩極的冰川，但地球上最高的山脈也不過8千米，和地球1.27萬千米的直徑相比，其實這個球體的精度還是很高的，不過因為自轉，赤道部位的直徑會略大。而處於等離子體的恆星明顯要規則得多，比如太陽自轉慢，赤道的直徑之比兩極大10千米，而太陽的直徑則高達140萬千米，所以這個精度讓滾珠軸承中的鋼球也自嘆不如！

穀神星直徑950千米，這個球形還不太平準

輻射壓是怎麼來的？

引力坍縮會讓球體的密度逐漸增加，假如沒有輻射壓的話，越大的天體就是一個緻密的天體，但很幸運，宇宙中最豐富的氫元素會在引力坍縮的高溫下開始核聚變，其劇烈的能量釋放在恆星內核會以輻射方式向表面傳遞，再透過對流到達表面，繼而向宇宙空間以光輻射方式散發。

恆星輻射與對流模型

這個向表面傳遞的輻射會產生壓力，對抗因引力中心坍縮的殼層，因此一顆處在主序星狀態的恆星必然是輻射壓和引力坍縮是平衡的，而且這種模式有一個極限，比如恆星質量太大，內核溫度過高，那麼輻射壓過大的情況下，強烈的恆星風會讓恆星丟失大量的物質，而阻止恆星進一步成長，這個質量大約是太陽的150倍，以英國物理學家愛丁頓爵士命名的光度極限。

天文學家認為256倍太陽質量的R136A1是兩顆恆星合併合成的

超新星爆發

紅矮星沒有內核外沒有輻射層，所以紅矮星可以通過對流徹底燃燒整顆恆星的氫元素，所以它們壽命很長，從黃矮星開始的恆星都有一個輻射層，因此當恆星燒完內核的氫元素時，外殼大量的氫元素並不會來填補這個空白，而只有內核外側的殼層氫元素填補，此時內核坍縮，溫度增加，燃燒速度加快！

紅巨星會在這個時代到來，內核的氫元素燃燒後的氦元素堆積，如果到了氦元素聚變的極限，氦元素在短時間內燒完，就成了氦閃！當然如果質量夠大，那麼這些氦元素在沒有堆積的情況下就會繼續燃燒，一直燒，一直燒，從氦元素燒到鐵元素！

鐵元素會繼續燒嗎？不能，從元素比結合能來看，鐵元素就是峰值，簡單的說就是從鐵元素是最穩定的元素，如果要再合成新的元素，需要吸收能量！所以此時的恆星內核除了堆積鐵元素就沒有其他途徑了，而外殼遠遠不斷的產生鐵元素，越來越多，在它超過錢德拉塞卡極限崩潰的那一刻，恆星的超新星爆發就產生了！

當然鐵核坍縮只是超新星爆發的其中一個類型，也有不經歷鐵核超新星，比如Ia型號超新星爆發，或者超大質量恆星的超新星爆發，不過鐵核坍縮超新星爆發應該是最多的。超新星爆發過程付出複雜，即使到現在仍然沒有在超計算機中成功模擬出鐵核坍縮的超新星爆發，但並不表示它不存在，宇宙中時時刻刻都有發生，而銀河系中大約每100年就會發生一次。

室女座NGC 4526 SN1994D超新星爆發

超新星產生的能量極大，它能照亮整個星系，發出的能量大約是比太陽一生中釋放的總能量還要多，據天文學家計算，一顆在100光年內爆發的超新星，將會對地球產生毀滅性的影響，不過幸好最近可能的超新星在160光年外，而且它最近並不打算爆發！另一顆最近可能爆發的參宿四遠在640光年外！

鐵是恆星的毒藥，卻是生命最初的源頭！

我們知道鐵元素在生理過程中非常重要，但我們今天要說的並不是鐵對生命的作用，而是它導致的超新星爆發，因為超新星爆發是恆星生命的結束，卻是行星很可能誕生的生命的引子！

超新星爆發儘管將可能毀滅很多生命，但它也可能在未來創造生命，因為鐵元素促成的超新星爆發，將恆星一生中積攢的所有元素、包括在紅巨星階段因慢中子捕獲和超新星階段快中子捕獲產生的重元素統統拋向宇宙，這些物質將在未來千百萬年後因為引力重新坍縮成一顆個新的星系，我們所在的太陽系就是這麼來的，太陽系暫時來說還是人類唯一的家園！

另外各位請放心，地球上的鐵元素都很穩定，而且主要也是它不出工也不出力導致自身坍縮，從而整顆恆星開始坍縮而引爆超新星的，而地球是一顆行星，根本不具備超新星爆發的潛質，所以各位很安全哦！

相關焦點

  • 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。
  • 為什麼鐵元素會殺死恆星?
    然而，空間快速膨脹，宇宙的溫度和密度迅速下降，原初核合成只有條件合成出大量的氫、氦，以及極少量的鋰和鈹，但來不及合成其他更重的元素。我們身上包含了許多重元素，例如，碳、氧、鐵，以及還有比鐵更重的銅、碘等元素。那麼，這些元素都是怎麼來的呢？可以說，多虧了恆星，尤其是大質量恆星，才有了後來的地球生命。
  • 恆星核聚變到鐵就停止了,比鐵更重的元素是如何形成的?
    到目前為止，已發現了118種元素，其中92種為天然元素，剩下的26種為合成元素，在天然元素中，92號元素——鈾元素是地球上原子序數最大，而原子序數大於92的人工超鈾元素都是極其不穩定的放射性元素。
  • 恆星核聚變到鐵元素就停止了,那麼鐵元素以上的元素是怎麼來的?
    關於元素的來歷，教科書上告訴我們宇宙大爆炸產生了氫、氦和微量鋰元素，恆星核聚變將誕生從氦到鐵之間的大部分元素，鐵以後的元素是怎麼來的？一般只會交代一句是從超新星爆發中誕生的，但問題是它們怎麼就從超新星中誕生了呢？恆星上的元素是怎麼發現的？
  • 鐵元素為什麼無法繼續聚變?那麼比鐵重的元素又是怎麼來的?
    追其根本，物質的起源其實就是宇宙的起源，因為我們地球也只不過是宇宙中的一顆普普通通的由物質構成的星球。那麼宇宙的起源是怎樣的？現在氫元素有了，那么元素周期表中其他比氫和氦重的元素是怎麼來的？恆星：宇宙重元素的加工廠中性原子誕生以後，宇宙充滿了以氫為主要成分的氣體雲，這些物質的分布從嚴格意義上來說並不是均勻的，而且在大小尺度上都存在及其微小的密度波動，這一點我們可以在微波背景輻射中發現。
  • 鐵元素
    公眾號回復【萬題】，免費獲取萬題歸宗專業資料公眾號回復【醫心醫意】，免費獲取「醫心醫意新版圖書一套」鐵元素在人體中發揮著重要的作用，因為鐵元素是人體中重要的微量元素，並且在人體不斷發育的過程中鐵也是在不斷變化的，因為會受很多因素影響，所以容易發生鐵缺乏或者鐵過量的問題。今天，就一起學習一下鐵元素。
  • 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！
  • 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。
  • 鐵元素探秘之一,起源的故事
    在門捷列夫元素周期表中，任何一種元素都沒有象鐵這樣與人類文明史發生如此密切聯繫的了。考古證據表明，人類使用鐵至少有5000年的歷史。鐵的概論鐵的拉丁名是ferrum，這是它的原子符號Fe的來源。鐵元素鐵是所有金屬中最便宜和最豐富的一種，佔了近5.6%的地殼和幾乎所有的地核。
  • 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。
  • 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？
  • 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。
  • 鐵元素探秘之二,生物不可或缺的元素
    我們上一篇文章講了鐵的歷史和一些常識，今天，我們要說說鐵對生命的重要性，要知道，除了作為鋼鐵用於生活，幫助建造周圍的世界，鐵還幫助地球上的生命生存。 任何動物的生命都不能沒有鐵。
  • 宇宙中所有元素,最終都會變成「鐵」嗎?這種說法是怎麼來的?
    在宇宙最初誕生於一場大爆炸的時候，宇宙當中的元素就只有氫元素（H）和氦元素（He），到後面這些輕元素陸續在特定的條件下，繼續發生核聚變反應，才生成了如今元素周期表上大部分的元素，氫氦鋰鈹硼碳氮氧氟氖鈉鎂鋁矽磷硫氯氬鉀鈣……那麼宇宙當中的所有元素，最終都會演化成為鐵元素（Fe）嗎？這種說法是怎麼來的？
  • 月球也缺「鐵」?先天貧「鐵」的月球殼幔
    不過呢，這個「先天貧鐵」倒是未必會讓月殼幔的親鐵元素比地殼幔低上很多——因為成形之後的月球也必定經歷了熱分異，親鐵元素也基本上被「拖」入了內核。簡單來說呢，就是月殼幔的親鐵元素含量和地殼幔裡的應該差不多——都基本沒剩什麼。但事實上並不是這樣的。
  • 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?
    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。
  • 為什麼冬天舌頭容易粘在鐵上,而不會粘在塑料、木頭上?
    東北的「老鐵」「鐵子」一詞被形象地比喻為：冬天一起舔鐵欄杆的朋友！這說明能願意陪你舔鐵欄杆的都是患難之交。本來沒人會閒的在冬天戶外舔鐵，但是聽人一說，舔鐵會被粘住，所以稍微有點好奇心的都會嘗試。不過這個確實很危險，被粘住沒有別人幫忙，就只能把舌頭交給「鐵子」了。大家還是不要嘗試。那麼為什麼會這樣呢？
  • 地球上的元素都是咋來的?
    地球 如果僅僅從元素的角度來看，地球在宇宙中絕對是異類。為什麼這麼說呢？ 在宇宙中，99%以上的元素其實都是氫元素和氦元素，它們是元素周期表最靠前的兩個元素。而地球上的氫元素都是來自於此。
  • 核聚變到鐵就停止了嗎?那宇宙裡比鐵要重的元素是怎麼形成的?
    而鐵元素作為宇宙中最穩定的元素，比結合能最高。因此鐵元素及之後元素的聚變將不會再產生能量，只會吸收能量。於是恆星的內部再也無法抵抗外部巨大的引力。在巨大的引力下，恆星內部的自由電子被強行壓進鐵原子核中與質子結合。電子與質子所攜帶的等量相反電荷彼此抵消，恆星內部就變成了一個碩大無比的由中子組成的原子核。
  • 科學家在南極洲新雪中發現稀有鐵元素:或源自超新星爆炸
    據外媒報導，最新發表在《Physical Review Letters》上的一篇研究文章指出，有來自太陽系外的材料已經在我們星球上積累。據了解，研究人員前往南極洲帶回了從那裡表面收集到的1000多磅新雪。