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?

2021-01-22 科學黑洞

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。

按照現在的主流觀點,宇宙起源於138.2億年前的奇點大爆炸,最開始形成的就是氫元素,這意味著宇宙中的常規物質最開始就是氫元素。

而隨著時間的流逝在宇宙空間中瀰漫的氫和氦,由於密度不均在密度較大的地方開始聚集形成原始星雲,最終形成第一代恆星。一般質量的恆星內核處發生核聚變生成氦,隨著氦在內核處的積累逐漸增多,待恆星進入紅巨星之前內核處會發生劇烈的「爆炸」,這就是氦閃。這種氦閃會在短時間內發生多次,直到氦的含量降下來,最後生成碳氧等元素。我們的太陽最終就是走這樣的道路,核聚變只能聚變到碳氧等元素。

但是大質量、超大質量恆星內部高溫、高壓的環境,就可能會讓元素聚變到更重,但是一般也都會聚變到鐵元素未知。因為鐵56是最穩定的,比鐵重的元素更容易發生核裂變生成鐵,比鐵輕的元素更容易核聚變生成鐵,所有有一種觀點認為宇宙最終的結局很可能是鐵56的世界,不存在其它元素,更深一步發生核子衰變全部都變成輕子。

那麼宇宙中的重元素是從哪裡來的哪?

其實主要還是大質量恆星演化到生命後期,雖然常規的溫度和壓力難以讓鐵發生聚變生成更重的元素,但是發生超新星爆炸的瞬間會產生極高的溫度,這個溫度足以讓鐵發生核聚變生成更重的元素。

所以宇宙中的氫元素理論上只會越來越少,因為不斷地有恆星在形成,恆星都是在不斷地發生核聚變生成更重的元素。

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  • 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……
  • 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?
    換一種理解方式,愛因斯坦的質能方程:E=MC²我們都知道,比鐵更輕的元素聚變會損失質量,所以會釋放能量,比鐵更重的元素聚變會增加質量,所以會吸收能量。核聚變釋放出巨大能量,產生了對抗引力的對外壓力,這兩種力量的平衡才讓恆星得以穩定運行數十億年甚至更久!而一旦核聚變停止了,兩種力量的平衡被打破,萬有引力佔據絕對上風,恆星物質開始急劇向內坍縮,意味著恆星的死亡,死亡之後變成白矮星,中子星或者黑洞。
  • 我們從哪裡來 - 宇宙大爆炸、恆星的產生
    在萬有引力的作用下,很多氫和氦就慢慢的聚攏在一起,聚攏在一起的物質吸引越來越多的物質,變的越來越大。就像滾雪球一樣,越滾越大。當質量大到一定的程度後,這些物質組成的球就點燃了內部核聚變,突然間光芒四射,照耀整個天空,於是一顆恆星就這樣誕生了。宇宙的第一代恆星就這樣在宇宙大爆炸約30萬年後誕生了。由於宇宙大爆炸後只形成氫和氦這兩種元素,第一代恆星都是由於這兩種元素組成的。
  • 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?
    元素周期表上面的元素,看上去好像都是一個微觀問題。實際上,它們的形成和宇宙的演化,恆星的演化等是分不開的。元素其實有多種來源,接下來,我們就來簡單聊一聊元素周期表上的元素是咋來的,尤其是鐵元素之後的元素是咋來的。
  • 鐵元素是坍縮恆星中產生的最後一種元素,為什麼?
    因為鐵並不是坍縮恆星產生的最後一種元素,而鎳才是。因此在這方面,鎳才是特殊的元素,而不是鐵。因此,核聚變只能通過將較輕的原子熔合成鐵-56或更低質量的原子來釋放能量。超過這一點,核聚變不能釋放能量,因此無法維持自身。
  • 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?
  • 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?
    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。恆星被認為是宇宙的頂塔,宇宙中的光主要是由恆星發出來的。恆星會發光的原因是恆星的內核會發生核聚變反應,而恆星聚變反應的同時就是在製造原子序數更大的元素,那具體是咋回事呢?恆星的個頭實際上都非常大,質量也很大,就拿太陽系的情況來說,太陽就佔據整個太陽系總質量的99.86%,是地球質量的33萬倍。地球等類地行星在太陽系中都很渺小,幾乎可以忽略不計的存在。
  • 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。
  • 恆星核聚變到鐵就停止了,那比鐵重的元素都是怎麼來的?
    這時的恆星就好像換了一下檔位,燃料是氦原子核,爐渣是碳原子核和氧原子核。 比鐵更重的元素的產生 如果我們從原子核的層面來看,鐵原子核其實是最穩定的,這也被叫做比結合能最大,因此掰開鐵原子核是最費勁的。
  • 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?
  • 你從哪裡來,宇宙重元素
    「氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖,鈉鎂鋁矽磷……」對於大多數人而言,化學「元素周期表」肯定不陌生。然而,宇宙中除了氫和氦之外,其他重元素是如何形成的卻還是一個未解之謎。  目前科學界普遍認為,一些重元素由氫與氦通過恆星內部核聚變反應產生。而恆星爆發成為超新星之後,又形成了另外一些重元素。
  • 恆星聚變只能到鐵元素,那麼黃金這些貴金屬元素來自哪裡?
    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。氫燃燒恆星內部擁有極高的壓力和溫度,聚變反應當中氫元素的聚變是最容易發生的,大約需要1000萬度的高溫,所以每一顆恆星最開始都是進行著氫元素向氦元素的聚變,其產物是氦元素。
  • 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?
    太陽能量絕大部分白白輻射到太空浪費了,地球只能夠接受到其中的22億分之一,也就是每秒收穫1.7x10^17J,如果全部收集起來,50分鐘就夠人類用一年。太陽依靠核心核聚變維持穩定和平衡。太陽核心的核聚變不是依靠什麼「氦碳氧穩定燃燒」來維持的,而是核聚變本身產生的高溫高壓保持持續反應。其中有0.7%的質量轉化為巨大能量,才使太陽時刻保持著穩定的等離子體狀態。
  • 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?
    那麼小小的一個打氣筒體積不過幾百毫升都可以產生相當高的熱量,那麼像宇宙中體積超級龐大的天氣受到萬有引力的壓縮作用,產生的熱量不就更加恐怖了。所以在天體的內部核心中,高溫高壓的條件使得原子核之間發生了核聚變反應。因為核聚變反應會使得原子失去部分質量,根據愛因斯坦得質能方程,核聚變反應會釋放出巨大的能量。
  • 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?
    因此,在我們現在這個宇宙中,氫原子和氦原子的佔比是最高的,達到了99%以上。那比氦元素原子序數更大的元素是咋來的呢? 恆星:元素煉丹爐 在宇宙演化過程中,星雲物質在引力坍縮下,逐漸形成了各種天體,其中有一類叫做恆星。恆星區別於其他天體的最大特點就是因為核心核聚變反應而發光。那恆星和元素有什麼關係呢?
  • 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?
  • 構成我們的物質從何而來,為何鐵元素是核聚變的終結者?
    宇宙大爆炸的一秒鐘之內統一場開始分解為強力、電弱力和引力,質子、中子和中微子開始形成,隨著時間的推移質子和中子的比重開始下降,正負電子湮滅反應出現,在極高溫的反應下核聚變開始進行,生成氫、氦以及極少量的鋰,當然還有其它重元素,但是宇宙大爆炸之處主要的元素還是氫和氦。
  • 《流浪地球》中的重元素核聚變技術是什麼?現實中能夠實現嗎?
    可能很多人不理解:核聚變使用石頭當燃料?石頭真的可以當燃料產生能量嗎?在我們的常識裡,核聚變不是應用使用氫這種燃料嗎?怎麼電影中是使用石頭?這是怎麼回事?原來電影《流浪地球》中的這種核聚變技術不是我們認為的氫核聚變,而是重元素核聚變。可能很多人都沒有聽說過這種重元素核聚變。