一、從大爆炸到地球的形成-1（我們都是星塵）

2020-08-05 羅漢果地學百科

1.宇宙的形成-大爆炸

Hubble的宇宙膨脹理論引發了這麼個問題：宇宙膨脹是否開始於過去的某個特定時間？天文學家得出結論，膨脹確實是在一個特定的瞬間開始的，標誌著我們物質宇宙的開始，他們將其稱為大爆炸。


一、從大爆炸到地球的形成-1（我們都是星塵）

宇宙從大爆炸到現在直至未來的藝術渲染圖

我們今天所能看到的所有物質和能量，最初都存在於一個無限小的點內。大爆炸發生在約138億年前。研究人員已經建立了一個爆炸發生後宇宙演化的模型。

在大爆炸後的幾秒鐘內，開始形成最小的原子：氫原子。幾分鐘後，當宇宙的溫度降至10億攝氏度以下，其直徑增長到5000萬公裡以上時，現今存在的大部分氫原子已經形成。在接下來的幾分鐘裡，一些氫原子發生碰撞並進行了核聚變，產生的主要是氫(質量74%)和氦(質量24%)。到宇宙誕生僅20分鐘時，幾乎所有可能出現的新原子核都已經形成。隨著時間的推移，化學鍵將氫原子連接在一起形成H2分子。

1.1第一批星星的誕生-星雲理論

當宇宙達到2億歲時，它的大部分H2和He氣體已經聚集成巨大的，緩慢旋轉的星雲。引力可能導致這塊星雲中的氣體向內坍縮，原子和分子靠得更近，變得越來越密集。隨著氣體壓縮到較小的區域，其初始的旋轉運動轉變為繞軸旋轉運動，隨著越來越多的氣體向內運動，旋轉速率增大。一個坍縮的星雲斑塊演化成一個球根狀中心的碟形。天文學家把這樣的圓盤稱為吸積盤，因為隨著時間的推移，物質會吸積或附著在圓盤上。


一、從大爆炸到地球的形成-1（我們都是星塵）

獵戶座星雲


一、從大爆炸到地球的形成-1（我們都是星塵）

物質落入旋轉的吸積盤

當足夠多的物質附著在吸積盤上時，重力會使中央的氣體球進一步坍縮，變得非常緻密並升溫，直到這個球熱到足以發光——它變成了原恆星。原恆星通過不斷地吸收更多的質量繼續增長，直到其中心部分達到大約1000萬攝氏度的溫度。氫原子加速運動撞擊在一起，引發核聚變將，形成氦核，原恆星被點燃，變成了可怕的核聚變爐——一顆真正的恆星。恆星的形成大約發生在大爆炸之後的8億年爆炸。

恆星是由星雲的坍塌而形成的這一概念現在被稱為星雲理論。

這些第一代恆星中很大一部分質量非常大，有些質量是太陽的100倍甚至更多。大恆星內部的引力會導致更多的壓縮和更高的溫度，發生了更多的聚變，所以氫被聚變消耗得更快。因此，像我們的太陽這樣的中型恆星可以存活數十億年，而一顆巨大的恆星可能只能存活數百萬年。

氣體受熱時會膨脹，恆星的核聚變會產生向外的推力或壓力。當核聚變變慢時，恆星內部熱量產生的向外壓力會減小，引力會迅速將恆星的大部分質量向內拉。它會引發巨大的爆炸，將大量的物質噴射向太空。天文學家將這種爆炸的恆星稱為超新星，超新星爆炸散布在年輕的宇宙中。

1.2元素的形成-我們都是由星塵組成的!

大爆炸產生了宇宙中存在的所有物質，但並沒有產生今天存在的所有元素。大爆炸核聚變只產生了氫、氦和原子序數少於5的痕量元素，而今天的宇宙包含了92種自然產生的元素。原子序數更大的元素來自哪裡?

換句話說，像碳(原子序數6)、鐵(原子序數26)和鈾(原子序數92)這樣的元素是什麼時候以及如何形成的？在恆星內部，包括鐵在內的元素通過一種稱為恆星核合成的過程形成：較小的核融合在一起形成較大的核。我們可以將恆星視為「元素工廠」。更大的原子(碳穿過鐵)的產生，通常需要恆星生命後期產生的超高溫條件，而從鐵到鈾的最大原子的形成，大多發生在超新星爆炸期間。

有些原子在恆星的生命周期內逃逸，這些原子組成了一股帶電粒子流，這種粒子流被稱為恆星風。我們把來自太陽的氣流稱為太陽風。有些是在恆星死亡時，比如超新星爆炸時，在恆星存在的原子可能會被驅逐或噴射到太空中。


一、從大爆炸到地球的形成-1（我們都是星塵）

太陽風流入太空的照片


一、從大爆炸到地球的形成-1（我們都是星塵）

超新星噴發出的氣體雲（蟹狀星雲）


這些原子一旦被噴射到太空中，就會與現有的星雲混合，星雲中含有大爆炸核聚變產生的氫和氦。在這些星雲中，原子結合成各種分子，這些分子又結合在一起，形成無數微小的冰和塵埃。

第二代恆星最終由這些組成更加多樣化的新星雲形成。第二代恆星的存在和消亡為第三代恆星形成的星雲提供了元素，以此類推。由於恆星核合成和超新星核合成，每一代恆星所含重元素的比例都在增加。我們自己的太陽可能是第三代、第四代或第五代恆星。因為我們在地球上找到的元素的混合，包括在我們自己的身體裡，都來自滅絕了的星星的心，我們都是由星塵構成!

相關焦點

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    氫原子是所有原子裡質量最輕的，在大氣中趨向於上升並逃逸到外太空。因此，氫在地球上相對稀薄，然而在宇宙的大尺度下它卻是所有元素中最常見的。大部分的氫都是在大爆炸後迅速形成的，所以幾乎都有140億歲了。巨大的氫球體形成了恆星釋放出光，比如我們的太陽。正是在這些恆星內，元素呈現出了完全的多樣性。
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    菲利普·赫克（Philipp Heck）是菲爾德博物館館長，兼任芝加哥大學副教授，作為第一作者，他說：「這是我所做過的最有趣的研究之一，而星塵是迄今為止所發現過的最古老的固體物質，它可以揭示星系中的恆星究竟如何形成。」
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    因為如果星系都在快速相互遠離，那麼如果倒推時間，它們在過去一定是相互距離更近。實際上，如果繼續倒推，就會發現在過去的某個時間點，我們在天空中可以看到的所有的星系，曾相互重疊在一起。宇宙被壓縮成一個點。那意味著宇宙可能有一個起點，這就是「大爆炸理論」（Big Bang Theory）。
  • 我們身體上的每一種物質都來自於星塵,且科學已證實
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  • 科學家證實：組成地球的一些物質，是來自紅巨星爆炸的星塵！
    來自蘇黎世聯邦理工學院的科學家證實：組成地球的一些物質是來自紅巨星的星塵，還解釋了為什麼地球比離太陽更遠的小行星或火星含有更多的這種星塵。蘇黎世聯邦理工學院地球化學和巖石學研究所教授、NCCR行星成員Maria Schönbächler解釋道：大約45億年前，一個星際分子雲坍塌了，在它的中心，形成了太陽；圍繞著它，出現了一個由氣體和塵埃組成的原行星盤，地球和其他行星就是從這個圓盤中形成。
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    在古代歐洲，亞里斯多德和託勒密主張地心學說，認為地球是靜止不動的，其他的星體都圍著地球這一宇宙中心旋轉。這就是風靡一時的「蓋天說」或者叫「地心說」。無論是我國古人對宇宙的認識還是託勒密的「地心說」，都是人們用肉眼直接對宇宙的觀察，並在此基礎上形成 的理論認識，特別是託勒密的「地心說」理論系統，在當時很長時間裡，他的理論被大多數所承認所了解。