為什麼恆星聚變不能產生原子量比鐵更大的元素?

2021-01-17 飛碟探索雜誌

氫元素的質量佔我們可見宇宙總質量的約73％，其次是氦元素，佔25％，其他元素總共也不超過2％。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。


發生由輕元素合成重元素的核反應需要高密度的物質和能量聚集，這個過程的實現需要氫元素和氦元素相互吸引。這是一個漫長的演化過程。當氫元素和氦元素聚集到一定程度後，就形成了恆星的雛形。這些早期恆星內部物質密度高、能量密度大，滿足發生核反應的條件，從而形成了更重的元素。


這種形成新元素的核反應既需要能量，也會釋放出能量，釋放出的能量補償了核聚變消耗的能量，使反應可以持續進行。當元素越來越重，聚變釋放的能量越來越少，逐漸和其消耗的能量相等，核反應因不能得到足夠多的能量而最終停止。釋放能量和消耗能量基本相等的反應就是生成鐵元素的核反應。這就是恆星聚變不能產生原子量比鐵更大的元素的原因。


當恆星內部產生更重元素的核聚變終止，核反應釋放出的抵消引力作用的力就消失了，恆星內部開始坍塌。當達到足夠小的程度，恆星就會拋射出其大部分物質，即各種各樣的元素（從氫到鐵），這個過程就是超新星爆發。這個演化過程會有兩個不同的結果：形成一個中子星，或者坍縮成連光都無法逃逸的黑洞。


超新星爆發能夠提供足夠多的能量，使形成比鐵更重的元素的核聚變得以進行，這個過程就產生了目前在自然界觀測到的原子量小於等於9 2（鈾元素）的所有重元素。宇宙間更重的元素是由超新星爆發生成的，我們地球上的生命都是由恆星演化過程中及超新星爆發後產生的灰燼建構起來的。個人的生命與宇宙、恆星的演化關係之密切值得我們深思玩味。




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相關焦點

  • 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？
  • 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。
  • 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？
    只不過鎳-62最終也會衰變成鐵元素，所以我們會習慣性地認為鐵元素的比結合能最高！這就類似GDP與平均GDP的關係，GDP再大，如果平均GDP很小也沒有多大實際意義！而鐵的比結合能是最高的，所有鐵元素最穩定。為何恆星核聚變到鐵元素就停止了呢？
  • 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。
  • 為什麼有人說核聚變到產生鐵元素時就停止了?
    也就是說，宇宙誕生之後，在宇宙中形成了許多大的原子核，鐵元素原子核算是其中的一員，但並不是最大的原子核。因此，核聚變到產生鐵元素就停止是不合理的。如果是這樣，那元素周期表到達鐵元素就應該停下來。那核聚變到底是到哪會停下來呢？實際上，至今我們也不清楚，關於元素周期表的盡頭到底在哪，至今也沒有一個靠譜的理論可以給出答案。
  • 鐵元素為什麼無法繼續聚變？那麼比鐵重的元素又是怎麼來的？
    現在氫元素有了，那么元素周期表中其他比氫和氦重的元素是怎麼來的？恆星：宇宙重元素的加工廠 中性原子誕生以後，宇宙充滿了以氫為主要成分的氣體雲，這些物質的分布從嚴格意義上來說並不是均勻的，而且在大小尺度上都存在及其微小的密度波動，這一點我們可以在微波背景輻射中發現。這些物質密度為微小不均勻就為更大的物質團塊的誕生提供了基礎。
  • 恆星核聚變到鐵就停止了,比鐵更重的元素是如何形成的?
    輕元素的產生 這就要從宇宙大爆炸說起，按照現在的主流理論，宇宙誕生於奇點的大爆炸，在宇宙形成的早期，氫元素和氦元素就佔據了99%以上，這是宇宙中最早期也是最基礎的元素，同時還是現在元素周期表最靠前的兩個元素。後來在很長的一段時間內，宇宙冷卻，直至第一顆恆星的誕生，並且由於恆星的質量一般都比較大。
  • 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?
    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。
  • 恆星聚變到鐵就超新星爆炸了，那麼比鐵重的元素是怎麼誕生的？
    對於元素的由來十萬個為什麼中的源頭，因為世界萬物都源自與物質，而物質組成則是各種元素，本文來粗淺的探討下元素的由來，從頭到尾解決一下各位的疑問！本文將從區別元素的標準以及各個階段都能誕生的元素和誕生的過程等三個角度來探討。
  • 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？
  • 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？
  • 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。
  • 恆星核聚變到鐵就停止了,那比鐵重的元素都是怎麼來的?
    如果恆星質量依舊足夠大，這時候就會繼續換擋，碳原子核的核聚變反應就會被點燃，這時候的燃料就是碳原子核，而爐渣有氧原子核，氖原子核，鎂原子核，矽原子核，硫原子核等元素原子核。因此，此時的恆星就像是一個洋蔥頭一樣。 那為什麼獨獨核聚變反應到了鐵元素原子核呢?
  • 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。氦燃燒當恆星內部溫度上升到1億度時，氦元素將發生聚變，生成更重的元素，聚變過程也更加複雜，產物主要以碳和氧為主，還有一些氖元素等等。碳、氖、氧燃燒當恆星內部溫度達到8億度後，碳開始燃燒；達到15億度後，氖開始燃燒，達到18億度後，氧開始燃燒；其產物主要是矽元素，其他還有鈣、硫等等元素。
  • 元素怎麼核聚變的，為什麼最終元素是鐵，恆星真會變成大鐵球嗎？
    恆星聚變的最終元素確實是鐵，但鐵卻不是最終的元素，而恆星呢也會成為一個鐵球，但卻不全是鐵球，要理清這個關係，必須來了解下這個過程。元素的秘密元素是怎麼誕生的？–52 → 鎳–56很多朋友認為只能到鐵，其實大質量恆星內部可以演化到鎳-56，但鎳-56會以β+衰變成為鈷-56，再經過77.3天又衰變為成鐵-56，因此說到鐵元素也沒錯，因為最終還是鐵嘛，不過等到鎳-56產生，恆星的壽命就以分鐘倒計時了，鐵核坍縮，超新星爆發。
  • 宇宙中的鐵和黃金是怎樣產生的?真的存在黃金星球嗎?
    其實黃金和鐵都不是超新星爆炸產生的，只是通過超新星爆炸釋放出來。根據人類現有對恆星的研究，發現恆星主要是通過核聚變來產生能量。而核聚變的過程就是合成元素的過程，換句話說，元素是恆星核聚變過程中產生的，而不是超新星爆炸時產生的。
  • 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?
    維持恆星內部核聚變進程的主要因素在於內核的溫度，溫度的維持依賴著參與核聚變物質的不斷輸入，而恆星內核在核聚變的過程中，會向外產生一定的輻射壓，這個輻射壓在一定程度上阻止了恆星繼續從外界吸收星際氣體的能力，所以恆星的核聚變能夠進行到什麼程度，取決於在發生聚變前的原始質量。
  • 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?
    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？ 這就要從恆星的核聚變說起了。恆星一般來說質量都特別巨大。
  • 為什麼第26號元素會引爆恆星?
    在元素周期表中，第26號元素鐵在一些恆星的演化過程中扮演著重要的角色，這種元素能夠成為恆星的終結者。每當這種元素在恆星內部出現時，就會宣告著恆星走向毀滅。那麼，鐵元素究竟是怎麼來的呢？為什麼鐵元素可以毀滅恆星呢？在地球上，通過自然界中的元素衰變以及人工合成元素可以得到元素。
  • 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?
    恆星演化宇宙大爆炸2億歲左右，宇宙中出現恆星，這類天體一直到今天都是宇宙中的主流。而恆星絕大多數的成分是氫和氦。而恆星的內核一直在發生核聚變反應，促發核聚變的是恆星自身的引力，使得核心的溫度以及壓強升高，在弱力的作用下，氫原子核發生核聚變，產生氦原子核。這個過程主要有兩條路徑分別叫做質子-質子反應鏈和碳氮氧循環。