宇宙中的氫元素用不完嗎?為什麼恆星消亡後又會形成新的恆星?

雖然以現在的航天科技水平，我們人類暫時還不能在廣袤的宇宙中遨遊，但是我們還是可以利用各種精密的天文觀測儀器來一睹宇宙的風採。在宇宙的眾多天體中，太陽無疑是最受人矚目的了，在過去的日子裡，科學家們通過光譜分析，已經確認了太陽的成分，其主要成分如下表所示。

我們都知道，目前的太陽內核正處於最初級的由氫到氦的反應，假如太陽是第一代恆星的話，那麼它的成分就應該只有氫和氦這兩種元素，但事實卻證明太陽還包含了一些更重的元素，這就意味著，太陽中的這些較重元素來自於上一代的恆星，也就是說，太陽至少是第二代恆星。

那麼問題就來了，宇宙中的氫元素用不完嗎？為什麼恆星消亡後又會形成新的恆星？

在看到上面的太陽成分表時，可能有人會認為太陽中那24.85%的氦是太陽內部氫的核聚變所生成的，然而這是一個不全面的認知，實際上，太陽所包含的氦元素大部分都是來自於宇宙誕生之初。

在發生在137億年前的「大爆炸」以後，整個宇宙都處於一個急劇膨脹以及迅速降溫的過程，在這個過程中的某一段時間裡（「大爆炸」後10秒至35分鐘左右），宇宙的溫度和密度非常適合輕核聚變的標準，因此在這段時間裡形成了大量的氦原子核以及微量的其他輕元素。在這段被稱之為「原初核合成期」的時間段之後，宇宙通過核聚變反應就生成了佔其總質量大約25%的輕元素，其中絕大多數都是氦。

因此我們可以看到，太陽通過核聚變產生的氦遠遠沒有想像中的那麼多，相應的其消耗的氫也比想像中的要少得多。事實上，只有太陽核心的氫在參與核聚變，而太陽外層的氫，卻會因為其內部強大的輻射壓而永遠無法到達太陽的核心，根據科學家的計算，即使在太陽消亡的那一刻，它也只能消耗掉自身10%-30%的氫。而那些質量巨大的恆星，其內部核聚變產生的輻射壓比太陽更為強大，因此在這些恆星消亡後，還會剩下更多的氫燃料。

恆星內部核聚變反應的劇烈程度與其質量的大小息息相關，質量越大，反應就越激烈，相應的這顆恆星的壽命就越短。那些質量巨大的恆星，大多數都是在「燃燒」百萬年左右之後，就通過超新星爆發的方式消亡了，在這個過程中，它們將自己一生所創造的元素，以及大量的未參與核聚變反應的氫元素拋灑到宇宙空間裡，而它們的殘骸就形成了中子星或者黑洞。質量中等的恆星，一般都會在其演化末期膨脹為巨型天體，當最後消亡時，它們會在宇宙空間中留下一大片行星狀星雲。

只有那些質量極小的恆星才會「精打細算」，在長達萬億年的時間裡慢慢地耗儘自己的氫元素。除此之外的其他恆星消亡後，在它們殘骸附近的很大一片區域裡，依然有著大量的氫元素，由於這類區域的物質密度相對較高，因此在這裡的物質更容易互相吸積，隨著吸積過程的持續，它們還可能捕捉到宇宙空間中的那些游離的氫元素，並在很多年以後形成新的恆星。

那麼宇宙中的氫元素到底有多少呢？其實宇宙中的氫元素並不是集中在恆星上。與之相反，宇宙中絕大部分的氫元素都是分布在廣袤的空間裡的，只有極少數的氫元素在機緣巧合的情況下，才能通過互相吸積的過程形成恆星。這兩者之間數量比例，用「滄海一粟」來形容也不為過。

因為宇宙中的氫元素本來就非常多，而恆星只佔了極少的一部分，並且恆星消耗氫的效率也非常低，所以宇宙中的氫元素總量也下降得非常緩慢，看上去就像宇宙中的氫元素用不完一樣。事實上，在從宇宙誕生到現在的137億年的時間裡，宇宙中的氫元素總量幾乎沒有什麼明顯的減少，也就是說，我們的宇宙還可以在未來很長很長的一段時間裡保持星光燦爛。

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