宇宙中的元素是從哪兒來的,我們和超新星有什麼關係

2020-08-28 科學好奇號

人體是一個非常複雜的系統;根據現在科學研究的結論:我們身體的物理構造是:由各種化學元素組成蛋白質、核酸、多糖、脂肪等大分子,大分子組成細胞,細胞連接形成功能組織,功能組織形成器官,器官組成身體;


地球上天然存在的元素有90多種,組成人體的元素有60多種。其中碳氫氧氮是構成人體的最主要元素,鈣、鈉、鉀、鎂、硫、磷、氯等7種是必需的定量元素,集中在元素周期表前20位,另有鐵、銅、鋅、錳、鈷、釩、鉻、鉬、硒、碘等十餘種是必需的微量元素;這麼多種元素,都是從哪兒來的?

元素是從哪兒來的

1957年以前,科學界主張所有的元素或原子核都是在宇宙大爆炸時形成的,元素誕生之時就和現在的一樣多,元素種類和數量從那之後就從沒變過。

1957年弗雷德·霍伊爾和伯比奇夫婦(傑佛瑞·伯比奇和瑪格麗特·伯比奇)、威廉·福勒四人提出關於恆星核合成的一篇著名論文。該篇論文發表於期刊《現代物理評論》,是恆星物理學演化的指標性論文。這個理論的大意是:告訴我們元素都是在恆星內部合成出來的。

這篇論文以四人姓氏開頭字母簡稱為「B2FH理論」,因為這四位科學家對論文成果的貢獻是差不多的;但是,這四位作者中只有作者&34;獲得了諾貝爾獎,另外三個人沒份,這也算諾貝爾獎的一次失誤了。

B2FH論文

B2FH理論說了什麼

宇宙大爆炸只產生了氫和氘,並沒有生成其他元素;人們直到在1939才知道恆星燃燒產生的能量是通過核聚變產生的,恆星是一個元素加工廠,可以讓氫元素聚變生成各種各樣的元素。在恆星內部,氫元素聚變生成氦元素,並釋放大量能量;但是恆星上的氫元素也會消耗完,耗光之後還要看剩下的物質質量是不是足夠大,如果質量足夠大,氦元素又會繼續聚變,生成碳和氧;碳元素聚變,又可以生成氖、鈉、鎂、鋁。

核聚變反應

我們的太陽,他到現在已經燒掉了所有可用的氫元素的50%,再過50億年會進入燃燒氫的階段;到那個時候,因為太陽內部可用的氫元素已經用完,內核沒有能量產生對抗萬有引力;太陽內核會被萬有引力壓縮,靠外面的那一層物質則會因為失去引力束縛和內核壓力劇烈膨脹;太陽會因此變成一顆紅巨星,太陽半徑則會擴展至火星軌道附近;到那時地球上的一切都將被烤糊,整個太陽系也很難有生命存活了,這應該是太陽系生命史的終結點。

太陽變成紅巨星假想圖

如果恆星質量達到太陽8倍以上,則會繼續合成更重的元素,質量越大,合成重元素的速度越快,最終會走到鐵元素這一步,26號鐵元素佔據核聚變的一個特殊位置。

鐵是一個關鍵節點

鐵元素有26個質子和30個中子,鐵不能繼續進行核聚變是因為把鐵元素中的質子和中子拆出來需要的能量,比鐵聚合成重元素產生的能量還要大很多;所以聚變反應到了這一步就入不敷出了,沒有能量核聚變也就難以為繼了,鐵的結合能是最高的。

每個核子的結合能與質量數

如果想合成更重的元素就需要更大外來的能量。這種能量來自於超新星爆發。當8倍以上太陽質量恆星核心物質被壓到中子狀態的時候,核心體積會急劇坍縮,物質密度達到之前的幾億倍;因為所有粒子相隔距離都很近,鐵元素得以快速俘獲中子,這個過程會發生劇烈的爆炸和反彈,產生巨大的能量讓鐵合成更重的元素;例如:銅29號,銀47號,白金78號,黃金79號,水銀80號,鉛82號,都是這樣產生的。

超新星爆發

太陽系是怎麼形成的,星星決定我們的命運

太陽這種質量大小的恆星,在演化末期只能聚變到碳、氧元素,比太陽質量更大的恆星,聚變反應可以到矽元素。但是我們的太陽系有在90多種元素,如果太陽是第一代恆星,是不可能生成比碳更重的元素;所以科學界普遍認為太陽是第二代或第三代恆星;

太陽系源於46億年前一顆在現在太陽系附近爆發的超新星,它爆發後的塵埃曾經瀰漫在現在12光年直徑的圓面上,我們的太陽系是在它的」屍體」上形成的;塵埃在溫度足夠高的時候會旋轉凝聚成團,一旦這個過程開始了就不可逆,它會快速形成星體,太陽就是這片塵埃形成的物體中最大的一個,木星是第二大的,其他的邊角料則形成了土星、天王星、海王星、金星、水星、火星,還要其他矮行星、小行星、彗星等;

當然,它也形成了我們的家園--地球;包括組成我們身體的所有元素,也是在那次超新星爆發中產生的,我們曾經也是星空中那顆耀眼星體的一部分!

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  • 比超新星劇烈百倍的特超新星,只出現在宇宙初期,我們要如何探索
    在宇宙中,也有著同樣的故事上演。在今天看似劇烈的超新星,它們的「先祖」同樣更加令人震撼!在超新星爆發的背後,除了視覺之美,還有科學之美。超新星在爆發的時候,會經歷一系列複雜的變化,這些變化都是在非常極端的條件下才會發生的,我們在實驗室中很難發現。同時,它們會產生大量比氫和氦重的元素。這些元素改變了整個宇宙的面貌,讓宇宙更加多元化,這也是生物出現的基礎。
  • 元素是怎麼來的?構成生命的元素背後到底有什麼秘密?
    這些元素到底有什麼特殊之處先給結論:元素的產生是由於宇宙大爆炸、恆星聚變和超新星爆炸元素是由於宇宙大爆炸恆星聚變和超新星爆炸形成的而地球只是一顆行星我們再來看看元素周期表可以看到構成細胞的大量元素都聚集在元素周期表的上方
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    (薩拉:我認為你指的是原子序數),我認為在我們所生活的星球上找不到這樣的元素,但有可能在一顆足夠大的恆星的超新星上找到。那麼問題來了:1.在給定一顆恆星質量的前提下,存不存在一個理論公式可以預測其超新星元素的同位素產量?
  • 「人造超新星」已經實現,「人造黑洞」有可能實現嗎?
    超新星到底是什麼?要了解這個問題之前,我們就得先搞清楚:什麼是超新星?超新星有什麼用?按照我們如今的理論,我們知道氫元素和絕大多數的氦元素都來自於宇宙誕生的早期,它們是元素周期表最靠前的兩個元素,也是宇宙中的大多數。那其他的元素是咋來的呢?
  • 科學家實現了「人造超新星」,那「人造黑洞」什麼時候才能實現呢?
    超新星到底是什麼? 要了解這個問題之前,我們就得先搞清楚:什麼是超新星?超新星有什麼用? 簡而言之,對於超新星的研究有利於人類探索元素的起源。我們都知道,萬物都是粒子構成的。夸克會構成質子和中子等粒子,而質子和中子會構成原子核,原子核和電子會構成原子。
  • 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。
  • 元素周期表中的元素到底是咋來的?
    但是問題來了,你有沒有想過,元素周期表中的元素到底是咋來的? 這篇文章我們就來嘮一嘮這個話題。實際上,元素的起源和宇宙的起源、演化以及各種天體的演化有關,我們大致可以分為三段:宇宙大爆炸,恆星演化,超新星爆炸和中子星合併。
  • 我們從哪裡來 - 宇宙大爆炸、恆星的產生
    所以要回答我從哪裡來這個問題,我們就從宇宙的起源開始說。       大約在138億年前,我們的宇宙突然從一個奇點爆炸而來。這裡就不要問宇宙大爆炸之前是什麼、奇點在哪裡了,科學家告訴我們問這個問題沒有意義,宇宙是有奇點爆炸而來的,奇點是一個沒有時間、沒有空間的點,所以宇宙就是突然爆炸而來的,它之前就沒有時間和空間,時間和空間都是宇宙大爆炸之後才出現的。
  • 超新星爆發是製作元素的工坊,超新星爆發遺蹟物質組成恆星及生命
    製作元素的工坊宇宙用大恆星作為製作元素的工坊,而又使這個工坊最終能夠自行爆炸,於是宇宙中的新元素就瀰漫到了各個角落,使宇宙的物質變得豐富,由於大恆星的壽命很短,一般只有幾千萬或者幾百萬年,因此從宇宙誕生到今天,應該有許多的超新星工坊爆炸,這就意味著宇宙中已經有了不少超新星製造的物質——重元素。
  • 硬核解說:宇宙中璀璨的明珠——超新星 | 賽先生天文
    超新星與一系列重要的天體物理研究有密切的關係,因而在天文學研究中佔有非常重要的地位。在超新星爆發過程中,我們可以探測到很多極端的物理過程,如熱核燃燒、激波加熱、拋射物與星周物質的相互作用、放射性元素衰變等。
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