絕大多數元素都是恆星製造的,但氫元素不是,它的來源其實有三個

2020-12-03 科普大世界

宇宙中的恆星形成的時候,其內部的核聚變消耗的原料基本都是氫元素,也就是說,恆星都是從氫元素開始核聚變進而發光發熱的,之後恆星將氫元素通過核聚變合成氦元素,接著合成鋰元素,所以只有氫元素不是恆星能形成的,那麼給恆星提供最初聚變原料的氫元素是從哪裡來的呢?

氫元素是宇宙中佔比最多,最原始,最簡單,也是最早期的元素。科學家認為氫元素在宇宙可見物質中的含量佔到了90%以上,我們的太陽已經形成了50億年,但是至今它的核聚變燃燒的仍然是氫元素。如今我們人類已經發現一百多種元素,但是它們的形成基礎基本都是氫元素,是在氫元素的基礎上,經歷一層層的聚變的聚變形成的各種元素。

其實宇宙中幾乎所有的氫元素都來自宇宙之初。目前的天文物理學理論認為,宇宙是由奇點大爆炸形成的,在大爆炸之後的一秒釧,各種粒子便開始形成,十秒鐘之後,原子核中的質子和中子也開始形成,然而一直到了30萬年後,宇宙中的溫度和壓力降到足夠低的時候,氫原子才開始大量形成,在這一時期,宇宙中所有的電子、質子、中子,幾乎都合成了氫氦鋰等幾種輕元素,其中以氫元素最多,氦元素次之,兩者大約佔到了宇宙初始物質元素的98%,所以宇宙中幾乎所有的氫元素,都來自於那一時期,這給後期恆星的形成提供了足夠的核聚變燃燒原料。

注意,這裡為什麼說「幾乎所有的氫元素」,而不是說「全部的氫元素」呢?是因為宇宙中還有一種東西也能夠創造氫元素,那就是中子星碰撞了,當兩顆中子星發生碰撞的時候,會發生比超新星爆發更猛烈的爆炸,製造高達3000多億度的高溫,這一時刻會有大量的中子星物質拋灑出來,這些基本都是以中子簡併態存在的中子物質一旦離開中子星的高溫高壓環境,中子就會脫離中子簡併態,成為自由中子,但是這時候的中子狀態很不穩定,在大約15分鐘後就會發生貝塔衰變,也就是中子釋放出一顆電子,那麼它剩下的將是一顆質子,同時他們還會釋放一個反中微子,反中微子非常小,是以能量的形式釋放出去的,出去後就和中微子併到一起淹沒消失,形成一股能量爆發出來。

所以當貝塔衰變發生的時候,一個中子可以產生一個電子,一個質子和一個反中微子,反中微子以能量的方式釋放出去後,剩下一個電子和質子結合在一起就會形成一個氫原子,若有中子參與將會形成氫元素的兩個同位素,所以中子星碰撞也可以產生一部分氫元素,其總量或會達到幾百個地球的質量,然而中子星碰撞形成的氫元素對於宇宙大爆炸形成的氫元素物質來說幾乎可以忽略不計。

也有科學家認為生成中子星的超新星爆發也能產生一部分的氫元素,其原理和中子星碰撞差不多,但必須是能形成中子星的超新星爆發,在內部的中子星形成之後,由於內部巨大的撞擊和爆炸,也會有部分中子星物質飛濺出去,這樣也有一部分會形成氫元素,但是這種方式形成的氫元素份量就更少了。

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    恆星是宇宙中的「元素製造機」,元素周期表上絕大多數的元素都是由恆星製造的,但是氫元素除外。但恆星形成之後,就開始通過核聚變製造氫以外的其他元素了,先是將氫元素聚變成氦元素,然後再聚變成鋰、鈹、硼、碳、氮、氧等元素,恆星質量越小,所能聚變達到的元素層數量就少,質量越大所能就變成的元素數量就多。
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    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。
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    我們能看到的一切宏觀物質,都是不同元素以不同排列組合方式的匯集。對地球上包括我們人類在內的碳基生命而言,其能量來源都是恆星。而構造碳基生命的元素,也都是經過了恆星億萬年的鍛造而產生的。化學元素有哪些?從我們朗朗上口的氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖,鈉鎂鋁矽磷,硫氯氬鉀鈣,這些基本元素的構成基礎都是質子,中子和電子。
  • 越大的恆星越怕這種東西,因為它一出現就代表著恆星即將死亡
    不同的元素都是由電子,質子,中子,通過不同的數量排列組成的,然而他們的形成都需要在特定的環境下才能進行,除了氫元素和一些人造元素之外,元素周期表上的118種元素絕大部分都是由恆星製造出來的。宇宙中之所以有恆星,是早期的宇宙給他們提供的原料,當宇宙大爆炸發生之後,宇宙的溫度漸漸降低,壓力漸漸減少,第一批原子在宇宙中形成,這時候所形成的絕大部分都是氫元素,所以宇宙中所有的氫元素幾乎都來自於這一時期,另外個別區域也有一些氦等少數幾種輕元素,這些元素後來漸漸形成了恆星,所以這時候的恆星的絕大多數物質都是氫元素。
  • 恆星由氫元素開始聚變到最後滅亡能形成各種元素,但是氫元素又是...
    我們的地球,在這個宏大的計劃中,只不過是圍繞一個中等大小的恆星旋轉的一粒宇宙塵埃。直到我們把整個宇宙作為一個整體,直到我們能理解到底有多少氫和氦存在。  在基本的氫聚變周期中,四個氫原子核(質子)聚集在一起形成一個氦核。這是故事的簡單版本。實際上有電子,中微子和光子使得氫與氦的融合成為可能。
  • 萬物基礎的1號元素:氫元素
    氫元素在元素周期表中排在第1位,ⅠA族,元素符號為H。目前已知,氫元素是宇宙中最豐富的元素。現代科學普遍認為,宇宙大爆炸之後,氫和氦就出現了。宇宙中的恆星也是氫氣雲在引力坍塌的作用下形成的恆星。在地球上,氫以化合形式存在,比如水、生命物質和化石燃料等都含有氫元素,可以說氫是構成物質世界的基礎。
  • 地球上所有氫元素造一個氫彈,它的威力有多大,能毀滅太陽系嗎?
    這是一個經常被誤解的問題,氫彈就是氫元素做的,太陽上燃燒的都是氫,很多科普文章中都是這麼寫的,不能說這理解完全錯誤,但至少真正氫彈以及太陽燃燒的原理,和大家想像的可就遠了去了!準確的說,氫彈中的氫也是氫,但它是氫的同位素,氫元素有三種同位素,分別是氕、氘、氚,原子核中則是質子、質子+中子、質子+2中子,三種元素的化學屬性幾乎就一樣,但它們的物理屬性卻大相逕庭,別的不說,含量比例上就大大不同!
  • 宇宙中的氫元素是怎麼產生的?
    目前來說,根據原子模型,我們知道,氫原子是由一個電子和一個原子核構成的,而原子核內有一個質子。但這還沒完,根據粒子物理標準模型,質子還是可以再分的,質子是由夸克構成的。一共是三個夸克,分別是2個上夸克和1個下夸克,其中上夸克帶2/3個電荷,下夸克帶-1/3個電荷。因此,質子的電荷為:2/3+2/3-1/3=1。
  • 每個人都由恆星物質組成,恆星如何造出各種元素?
    其實,從物質構成上來講,我們的身體、大腦以及神經血液和地球上其它千千萬萬種物質一樣都是由各種元素所構成的。是的,就是我們在元素周期表上 所見到的那些元素。目前人類在宇宙中已知的元素共有118種,其中既有天然元素,也有人造元素,而組成人體的元素數量則達到了60多種。
  • 宇宙中的氫元素是怎麼誕生的?只需100秒,夠宇宙吃到天荒地老!
    如果不認可宇宙誕生於一場大爆炸的話,確實有點難以解釋氫元素來自哪裡,一直就有?當然它肯定有一個來歷,下面來簡單介紹下氫元素的誕生!RHIC 科學家製造出「完美的」液態夸克膠子等離子體10^- 6 秒時,當溫度低於2萬億攝氏度((175億eV))(夸克相變溫度),夸克在量子色動力的框架下,上下夸克三個和強作用力媒介的膠子開始形成質子與中子
  • 恆星生成鐵時就會死亡,那鐵以上元素咋形成的?死亡時刻瞬間創造
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  • 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。 在2016年,科學家們就用人工元素鉲(californium)去撞擊鈣,從而製造出了一個原子核中含有118個質子的新原子。這種元素僅僅存在了1毫秒,但卻是人類製造的最重的元素。
  • 在元素周期表中,我們的太陽製造不出來的元素有哪些?
    不過,太陽內部的活動遠不止把氫(最輕的元素)熔化成氦(第二輕的元素),而且能夠製造出比這更多的元素。但是元素周期表有很多太陽永遠無法製造的元素。我們很幸運,我們的太陽不是宇宙中最早的恆星之一。大爆炸後不久,宇宙完全由氫和氦組成:99.999999%的宇宙是由這兩種元素單獨組成的。
  • 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?
    引言:上個世紀的核物理學家通過長期的研究和實驗發現核聚變反應是一種產生多於核裂變反應五倍的產能方式,因為它伴隨著基礎元素不斷擴張。核聚變最初從氫元素開始,逐漸向越來越重的方向演化,最終能產生鐵元素。那麼問題來了,為什麼恆星沒有變成鐵球呢?
  • 宇宙94種自然元素中,有三種元素非常罕見,生命離不開它們
    相信朋友們對於元素周期表都不陌生吧,上面一共有118種元素。這上百種元素中並不都是自然元素,其中94種是宇宙自然存在的元素,其它的24種則是人工合成的。科學家根據質量的大小對這些元素進行了一個排列,排在第一的則是氫元素,第二是氦元素,第三則是鋰元素,隨後是鈹,硼,碳,氮,氧等。豐富的元素組成了宇宙這個物質世界,而地球這樣的生命星球,94種自然元素也都是存在。
  • 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。
  • 為什麼第26號鐵元素會引爆恆星?地球上那麼多鐵會很危險嗎?
    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
  • 已知元素是大爆炸或恆星製造,但這三個特殊元素除外
    事實證明,從元素1(氫)到包括元素92(鈾)在內的大部分元素在地球上都是自然存在的,但有兩個例外:元素43(鎝)和元素61(鉕),因為這兩種重元素具有各種形式的放射性,半衰期比地球的年齡要短得多。下圖:如果你仔細端詳上圖,你就會發現元素周期表上的三、四、五元素:鋰、鈹和硼的豐度有點詭異,它們的豐度似乎不符合普遍的規律。這三種元素在太陽(或任何恆星)中實際上很少存在甚至是不存在的,與其他輕元素相比顯得含量很低。
  • 很多元素都能進行核聚變,為何人類只造了氫彈?
    理論上,只要在鐵元素之前(不包含鐵元素)的任何元素都可以製造聚變蛋,只是條件高低難易程度各不相同而已,那麼請問,有更簡單為什麼要選擇那麼難的,於情於理都不合適!撇開氫彈不說,上圖是各種元素的聚變產物以及聚變條件,最後一欄是相對於太陽的質量!