為什麼宇宙中恆星的核聚變進行到鐵元素時就都停止了?

2020-12-04 鶴男說百科

核反應可以分為兩大類: 一類是較輕的原子核聚合成較重的原子核並釋放能量,另一類則是由較重的原子核分裂成較輕的原子核並釋放能量。

這裡有個問題: 既然輕原子可以合成重原子並釋放能量,而重原子又能分裂成輕原子並釋放能量,那豈不是可以循環釋放能量,變成永動機機了?其實並不是這樣,輕原子與重原子是以元素周期表為範圍,分布在元素周期表的兩側,並不重疊的。

既然輕原子核蘊含著較高的內能,以致於融合成較重原子還可以釋放能量,而較重的原子核也具有較高的內能,以致於分裂成較輕原子也釋放能量,也就是說分布在元素周期表的兩側的原子核內能都比較大,中間的原子核內能較小,原子核的內能就像一個U性曲線,那麼就必定存在著一個最低點,在這個點上該原子核的內能最低,以致於該原子無論是聚合反應還是裂變反應,都是要消耗能量的,因此所有的核反應抵達這個原子時就無法繼續進行下去了,還真有這樣一個原子,那就是鐵原子。

當恆星中的核聚變或者核裂變的最終產物是鐵原子時,核反應就無法再持續下去,因為任何以鐵原子為材料的核反應都是耗能型的,而不是放能型的,所以恆星發展到鐵原子階段,核反應就停止了,核能量停止釋放。

但對於恆星來說,這可就是災難性的時刻,因為恆星除了原子能以外,還有一個巨大能量等待釋放,那就是引力勢能,因為恆星體積巨大,質量巨大,而使得恆星上的物質相互吸引而產生極其巨大的引力勢能,當恆星還處於正常核反應階段,它依靠核反應釋放的巨大光能在恆星內部產生極大的輻射壓力,

來對抗巨大的引力壓力,導致暫時的壓力平衡,恆星得以保持體積上的穩定,但核反應一旦停止,內部光壓消失,則引力最終取得這場持續了數十億年的壓力對抗的勝利,恆星在巨大的引力作用下,開始內爆,也就恆星外殼物質在引力作用下向內心坍塌,這個坍塌的速度極快,據計算可達每秒4萬公裡,隨著坍塌的持續,恆星中心物質密度越來越高,硬度也越來越大,當外層物質高速衝撞核心物質時,會發生巨大反彈,並產生猛烈的外爆,這就是超新星大爆炸。

宇宙就是這麼的有趣,地球上的所有生命都得感謝恆星的死亡大爆炸,正是由於超新星爆炸的極端物理條件,在這爆炸的一瞬間會製造極其巨量的重元素,也就是構成我們生命的那些元素,而且同時又被拋撒到茫茫太空中,這樣才可能供第二代、第三代恆星重新聚集,才有機會構成地球,一切生命故事才得以展開。

其實組成身體的元素,都是經過嚴酷萬倍的條件而篩選出來的。

至於恆星爆炸後剩餘的中心物質的形態,就需要根據恆星的初始質量來確定,若初始質量<3倍太陽質量時,則是中子星,否則就是黑洞。

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  • 恆星核聚變到鐵就停止了,那比鐵重的元素都是怎麼來的?
    恆星的核聚變 按照如今的主流理論,宇宙起源於一次大爆炸。大爆炸之後,早期的宇宙逐漸形成各類粒子,最終在38萬年後,溫度降低到3000度左右,原子結構得以形成。這也奠定了宇宙的已知物質的基本成分,主要是氫原子和氦原子,兩者佔到了99%以上,而氫原子達到了70%以上。
  • 恆星核聚變到鐵就停止了,比鐵更重的元素是如何形成的?
    而元素的形成和宇宙的演化以及恆星的演化等是分不開的,其中在我們已知的宇宙中,氫元素的含量是非常高的,在元素周期表中也是排在第一位的。所以這次我們要來討論一下元素周期表上元素來源,尤其是鐵之後的重元素。,一層一層的進行著不同的核聚變反應,只要恆星的質量足夠的大,在其內部的反應就可以一直進行下去,從氕到氘,再從氘和氕聚變成氦三,再從氦三聚變成氦四,再到碳、氧、氖、鎂、矽、硫、鈣,直到鐵元素……
  • 恆星核聚變到鐵元素就停止了,那鐵之後的重元素是如何形成的?
    此時,宇宙中主要的基本原子是氫原子和氦原子,氫元素和氦元素是元素周期表上最靠前的兩個元素。從氫元素一直到鐵元素,實際上都是從恆星的核聚變反應中來的,那麼問題來了,比鐵元素原子序數更大的元素是咋來的呢?恆星:元素煉丹爐要了解這個問題,我們首先還是要從「恆星如何製造元素」入手。
  • 深度解讀:恆星核聚變到鐵元素就停止了,重元素是如何產生的?
    只不過鎳-62最終也會衰變成鐵元素,所以我們會習慣性地認為鐵元素的比結合能最高!這就類似GDP與平均GDP的關係,GDP再大,如果平均GDP很小也沒有多大實際意義!而鐵的比結合能是最高的,所有鐵元素最穩定。為何恆星核聚變到鐵元素就停止了呢?
  • 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?
    核聚變到鐵並未停止,只是能核聚變到鐵的恆星,離死就不遠了,隨著臨死前的一場爆炸,是可以聚變出所有自然元素的,這場爆炸稱為「超新星爆發」。自然界元素的由來首先大家要知道整個宇宙中幾乎99%的元素都是氫和氦。這兩種最簡單的元素充斥了整個宇宙空間。
  • 核聚變到鐵就停止了,那宇宙裡比鐵要重的元素都是怎麼來的?
    ,其中氫就佔到了宇宙總量的70%左右,剩餘的幾乎都是氦。恆星演化宇宙大爆炸2億歲左右,宇宙中出現恆星,這類天體一直到今天都是宇宙中的主流。而恆星絕大多數的成分是氫和氦。而恆星的內核一直在發生核聚變反應,促發核聚變的是恆星自身的引力,使得核心的溫度以及壓強升高,在弱力的作用下,氫原子核發生核聚變,產生氦原子核。這個過程主要有兩條路徑分別叫做質子-質子反應鏈和碳氮氧循環。
  • 為什麼有人說核聚變到產生鐵元素時就停止了?
    也就是說,宇宙誕生之後,在宇宙中形成了許多大的原子核,鐵元素原子核算是其中的一員,但並不是最大的原子核。因此,核聚變到產生鐵元素就停止是不合理的。如果是這樣,那元素周期表到達鐵元素就應該停下來。那核聚變到底是到哪會停下來呢?實際上,至今我們也不清楚,關於元素周期表的盡頭到底在哪,至今也沒有一個靠譜的理論可以給出答案。
  • 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。我們宇宙元素豐度最高的是氫元素和氦元素,分別是73.9%和24.0%,兩者一共佔了宇宙所有元素的97.9%,在萬有引力的作用下,宇宙中大量的氫元素和氦元素聚集,最後塌縮為一顆恆星。
  • 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?
    在上世紀,物理學家在研究天文學理論時,遇到了很多瓶頸,比如:宇宙的大爆炸,恆星的演化等等。後來,有一批傑出的原子物理學家加入到相關的研究當中,這些問題才逐漸得以解決。換句換說,宇宙作為大尺度的物理學現象,其實和微觀世界的小尺度現象是統一到一起的。元素周期表中的元素就是和宇宙的演化是緊密地結合在一起的。
  • 核聚變能夠產生鐵元素,為什麼恆星最終結局卻不是變成鐵球?
    在早期對宇宙的探索過程中,科學家們發現了一個值得注意的現象,有一種元素幾乎存在於每個星球上,它在相當一部分天體中還佔到了主導地位,它就是氫元素。氫元素在地球上的存在並沒有那麼明顯,但是在恆星中則尤為明顯,因為一顆恆星有超過90%的元素成分都是氫元素。而它們之所以能夠保持如此高含量的氫元素,是因為氫是進行核聚變反應最基礎的元素。
  • 恆星內部的核聚變到鐵元素停止,那麼宇宙中的重元素怎麼來的?
    原子平均核子質量中,鐵的平均核子質量是最低的。意味著鐵-56是最穩定的原子:(1)比鐵小的原子可以發生聚變,同時放出巨大的能量;(2)比鐵大的原子,可以發生裂變,也會放出巨大的能量;(3)但是鐵原子發生融合生成更重的原子時,就會吸收大量的能量;恆星形成與演化理論指出,鐵原子的聚合反應需要60億度以上的高溫,而恆星內部最高也只有幾億度,所以恆星內部的溫度,不足以讓鐵原子發生聚合反應,恆星內部的核聚變到鐵為止。
  • 恆星聚變到鐵就超新星爆炸了,那麼比鐵重的元素是怎麼誕生的?
    對於元素的由來十萬個為什麼中的源頭,因為世界萬物都源自與物質,而物質組成則是各種元素,本文來粗淺的探討下元素的由來,從頭到尾解決一下各位的疑問!本文將從區別元素的標準以及各個階段都能誕生的元素和誕生的過程等三個角度來探討。
  • 核聚變的最終產物是鐵元素,為什麼恆星的結局卻不是一顆鐵球?
    引言:如果要問宇宙中含量最多元素是什麼,那麼我會告訴你答案一定是氫元素。氫作為元素周期表中第一位的元素,在宇宙中的含量比其他所有的元素都要多得多。在宇宙誕生之後,所有的元素物質都在電磁力以及引力作用下最終形成了現在的宇宙。
  • 為什麼恆星聚變不能產生原子量比鐵更大的元素?
    構成我們自身以及地球的大部分元素是這不足2%的少數部分。宇宙起源於大爆炸,在大爆炸的前3分鐘,構成現在物質元素的基本粒子,如夸克、電子等大量聚合,就像水蒸氣遇冷凝聚成水滴一樣。夸克凝聚成原子核中的中子和質子,質子和中子再冷卻凝聚成氦原子核,從而形成了目前佔可見宇宙絕大部分的物質——氫和氦。而其他重元素是在天體形成過程中由核反應生成的。
  • 恆星核聚變並非到鐵為止,而是以特殊方式,製造出我們認知的世界
    為什麼核聚變到產生鐵元素時就停止了?恆星中產生了鐵元素後,那些鐵元素(由於最重)向恆星中心集中,那周圍的那些輕核元素可還是在聚變反應啊,這個時候鐵元素周圍依然有百億度高溫,按道理鐵元素在這樣的溫度下還可以繼續聚變啊,怎麼就到鐵元素為止了?
  • 恆星核聚變到元素周期表上鐵元素就停止,鐵元素以上那些元素是如何...
    宇宙大爆炸製造出了大量的氫和氦氣體雲,在宇宙足夠冷卻之後,它們會在引力的作用下坍縮形成恆星在重力不斷擠壓下,核心區域的溫度變得很高,氫原子核獲得了足夠高的動能,它們之間能夠克服電磁力的排斥作用,發生碰撞,結合成氦原子核。氫核聚變是所有恆星的第一階段,我們的太陽目前正處於這樣的階段。
  • 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?
    那麼,我們追根溯源,這些物質都是怎麼來的呢?宇宙大爆炸-所有物質的起源其實在人類剛開始探測宇宙的奧秘時,並沒有意識到我們的宇宙到底從何而來,直到科學家們相繼觀測到宇宙微波背景輻射時,應用現有理論體系根本無法進行合理解釋。
  • 恆星核聚變的最終產物是鐵,為何恆星卻不會變成一個大鐵球?
    在宇宙誕生之後,各類天體也都紛紛出現,恆星便是宇宙重要的組成部分之一。根據科學家們研究得知,恆星在誕生之後,主要成分大部分都是氫元素,此後,伴隨著恆星內部被點燃,開始進行核聚變反應,氫元素也伴隨著恆星內部的活動,進行一系列的化學反應。
  • 構成我們的物質從何而來,為何鐵元素是核聚變的終結者?
    為了消除這樣的影響,愛因斯坦在自己的方程中加入了宇宙學常數,讓宇宙重歸穩定。但是後來哈勃橫空出世,通過望遠鏡觀測到了宇宙紅移現象,這意味著這些星系都在遠離我們不斷的退行。愛因斯坦知道後來到哈勃工作的天文臺親自查看,最後又把宇宙學常數給去掉了,因為宇宙是在膨脹的。
  • 恆星核聚變產生鐵和更重的元素,太陽系絕大部分的氫從哪裡來?
    宇宙中豐度最高的元素就是氫元素,排在氫元素之後的就是氦元素。在太陽系也是如此,如果按照質量計算太陽系的氫含量大約佔了百分之70%,當然了太陽的質量是太陽系質量的99.8%,其他八大行星加上小行星、長周期彗星、柯伊伯帶內的天體、一些天體碎片等只佔了很小的一部分。