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?

2020-12-06 奇點使者

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。

在自然界中所有的力裡面,萬有引力是作用力最小的力。但是因為萬有引力的作用範圍非常地遠,理論上可以達到無窮遠的距離。而且萬有引力還可以相互之間疊加,只有引力的存在,所以對於質量大到一定程度的天體,萬有引力還是要比其他的作用力更強。萬有引力主導的方向只有一個目標,它將對天體起到一個無限向內壓縮的作用。

我們平時在生活中都有過使用打氣筒的經驗,當我們使用打氣筒給籃球或者輪胎打完氣後。如果你握一下打氣筒的桶身,你會發現它非常地熱甚至還有一些燙手。這是因為你在打氣時做的功,全部變成了熱量。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。

天體內部的高溫高壓使得其原子核發生核聚變反應,而核聚變反應又會釋放出大量的能量,形成一個正向循壞。於是,這些天體就可以在沒有外界能量輸入的情況下,能夠自發地對外釋放光和熱。天文學家針對這一類天體的特性,把它們歸類為恆星,我們所處的太陽系中唯一的恆星就是太陽。一般情況下,原子核發生核聚變反應的條件與原子核的質量成正比。原子核越輕,反應的條件就越簡單。所以,恆星內部的核聚變反應都是元素周期表中最輕的氫元素。

氫擁有三種同位素,分別是氕,氘以及氚。氕的原子核內只有一個質子,氘增加了一個中子,而氚則是有兩個中子。在自然界中,氫的同位素幾乎百分之一百都是氕。所以在恆星的內部,最初始的核聚變反應就是氕得到一個中子變成氘,同時釋放大量的能量。然後再獲得一個中子生成氚。然後氘與氚發生核聚變反應,此時質子的數量已經增加到2了,元素發生改變,反應生成了氦元素。由於恆星內部核心的溫度與壓力都非常的高,所以氦元素還能繼續與其他元素發生核聚變反應,生成質子數更高的元素。

由於恆星的質量通常都非常地大,其內部核心也蘊含有大量的氫元素。所以會以為核聚變反應的進行,原始的氫元素會不斷地增加質量,從氫到氦,再到鋰,質子數不斷地變大。當然,核聚變反應也不是沒有節制地就這樣一直反應下去。根據科學家的研究,恆星內部的元素聚變到鐵元素的時候,鐵元素再與其他元素的反應不會繼續生成質子數更高的元素了。而且反應不僅不會繼續釋放能量,反而會吸收恆星的能量。所以,當恆星還沒完全變成一顆鐵球的時候,能量已經消耗殆盡了。

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  • 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?
  • 恆星核聚變的最終產物是鐵,為何恆星卻不會變成一個大鐵球?
    在宇宙誕生之後,各類天體也都紛紛出現,恆星便是宇宙重要的組成部分之一。根據科學家們研究得知,恆星在誕生之後,主要成分大部分都是氫元素,此後,伴隨著恆星內部被點燃,開始進行核聚變反應,氫元素也伴隨著恆星內部的活動,進行一系列的化學反應。
  • 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。
  • 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。
  • 恆星核聚變到鐵就停止了,那比鐵重的元素都是怎麼來的?
    而我們會發現,整個核聚變反應的過程會最終達到鐵元素。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。
  • 恆星核聚變到鐵就停止了,比鐵更重的元素是如何形成的?
    ,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……
  • 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。
  • 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?
  • 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。
  • 構成我們的物質從何而來,為何鐵元素是核聚變的終結者?
    ,最終碰撞融合的機率也就高了,在某個臨界點「砰」的一聲核聚變就開始了。一般前期的核聚變對象主要是氫,氫核聚變最後生成氦,但是在恆星的後期隨著氦含量的增高,達到一定程度就會發生氦核的聚變,但是氦聚變生成碳氧元素過程很劇烈,這也就是大劉《流浪地球》中提及到的氦閃。
  • 為什麼恆星聚變不能產生原子量比鐵更大的元素?
    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。
  • 從元素到生命,我們身體每一個原子都是恆星的聚變產物!
    我們身體中的每一個原子都要麼是恆星內部核聚變的產物,要麼是兩顆恆星相互碰撞的結果。每當美國印第安納州立大學的天文學家凱薩琳·彼拉奇奧斯基(Catherine Pilachowski)使用望遠鏡觀察星空時,她都能看到那些正在走向死亡的紅巨星,還有爆炸後的恆星殘骸。彼拉奇奧斯基很關注這樣的天體,因為她知道,它們與自己有著無法分割的關聯。
  • 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,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。
  • 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。
  • 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。
  • 為什麼宇宙中恆星的核聚變進行到鐵元素時就都停止了?
    核反應可以分為兩大類: 一類是較輕的原子核聚合成較重的原子核並釋放能量,另一類則是由較重的原子核分裂成較輕的原子核並釋放能量。這裡有個問題: 既然輕原子可以合成重原子並釋放能量,而重原子又能分裂成輕原子並釋放能量,那豈不是可以循環釋放能量,變成永動機機了?其實並不是這樣,輕原子與重原子是以元素周期表為範圍,分布在元素周期表的兩側,並不重疊的。
  • 宇宙誕生不是只存在兩種元素嗎?
    宇宙誕生不是只存在兩種元素嗎?首先毫無疑問,黃金肯定是金元素構成的,但我們這個宇宙剛剛誕生的時候,只存在兩種元素,一個是氫,一個是氦,而後出現的元素,都是基於這兩種元素轉化而來的,那麼金元素同樣也是如此,但氫元素和氦元素是怎麼變成金元素的呢?答案是核聚變。
  • 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?
    大爆炸三分鐘後,溫度降低,質子與質子以及和中子發生了第一次原初聚變,誕生了氫、氦以及微量鋰原子核。二十分鐘時,溫度降低到了遠處核聚變溫度以下,核聚變停止,宇宙中元素比例確定。三十八萬年時,原子核捕獲電子,形成了原子,這就是最初物質的來歷!