為什麼第26號鐵元素會引爆恆星？地球上那麼多鐵會很危險嗎？

2020-10-18 星辰大海種花家

鐵對人類有多重要？

鐵應該是與人類歷史糾葛最深的元素了，從公元前4000年進入青銅時代開始，青銅這種易於冶煉和加工的金屬為人類社會發展提供了極大的助力，但青銅硬度很高卻也脆性太大，缺點顯而易見！到公元前2500年時，鐵器開始出現，此後技術的提升使得冶鐵技術的提高，鐵器開始替代青銅製造的農具和兵器，青銅開始退居酒器與祭器！

鐵器時代的崛起是人類社會發展的幸事，現代幾乎所有的工具中都是鐵或者鐵的合金，無論是大規模生產用的農具還是製造行業的工具以及設備，都少不了鐵元素的存在，甚至我們可以這樣定義鐵，如果沒有發現鐵元素，那麼也不會有現代社會，更不可能進入宇航時代！但這種對人類至關重要的鐵元素卻是恆星最毒的毒藥，因為恆星中一旦演化的鐵元素，等待它的只能在超新星爆發中終結一生！

為什麼恆星發展到鐵就會死？

恆星能保持大致球體的原因有兩種，一種是引力坍縮致靜力平衡，另一種是恆星內部產生的輻射壓，所以恆星的呈現在宇宙中形態，就是一個高溫的等離子球體，它會因為自轉而略扁，但密度並不會比水高很多，比如太陽的平均密度只有水的1.4倍！

靜力平衡

一個大於直徑500千米的天體，會在靜力平衡的狀態下趨向於球體，比如地球，儘管有山脈和海洋，還兩極的冰川，但地球上最高的山脈也不過8千米，和地球1.27萬千米的直徑相比，其實這個球體的精度還是很高的，不過因為自轉，赤道部位的直徑會略大。而處於等離子體的恆星明顯要規則得多，比如太陽自轉慢，赤道的直徑之比兩極大10千米，而太陽的直徑則高達140萬千米，所以這個精度讓滾珠軸承中的鋼球也自嘆不如！

穀神星直徑950千米，這個球形還不太平準

輻射壓是怎麼來的？

引力坍縮會讓球體的密度逐漸增加，假如沒有輻射壓的話，越大的天體就是一個緻密的天體，但很幸運，宇宙中最豐富的氫元素會在引力坍縮的高溫下開始核聚變，其劇烈的能量釋放在恆星內核會以輻射方式向表面傳遞，再透過對流到達表面，繼而向宇宙空間以光輻射方式散發。

恆星輻射與對流模型

這個向表面傳遞的輻射會產生壓力，對抗因引力中心坍縮的殼層，因此一顆處在主序星狀態的恆星必然是輻射壓和引力坍縮是平衡的，而且這種模式有一個極限，比如恆星質量太大，內核溫度過高，那麼輻射壓過大的情況下，強烈的恆星風會讓恆星丟失大量的物質，而阻止恆星進一步成長，這個質量大約是太陽的150倍，以英國物理學家愛丁頓爵士命名的光度極限。

天文學家認為256倍太陽質量的R136A1是兩顆恆星合併合成的

超新星爆發

紅矮星沒有內核外沒有輻射層，所以紅矮星可以通過對流徹底燃燒整顆恆星的氫元素，所以它們壽命很長，從黃矮星開始的恆星都有一個輻射層，因此當恆星燒完內核的氫元素時，外殼大量的氫元素並不會來填補這個空白，而只有內核外側的殼層氫元素填補，此時內核坍縮，溫度增加，燃燒速度加快！

紅巨星會在這個時代到來，內核的氫元素燃燒後的氦元素堆積，如果到了氦元素聚變的極限，氦元素在短時間內燒完，就成了氦閃！當然如果質量夠大，那麼這些氦元素在沒有堆積的情況下就會繼續燃燒，一直燒，一直燒，從氦元素燒到鐵元素！

鐵元素會繼續燒嗎？不能，從元素比結合能來看，鐵元素就是峰值，簡單的說就是從鐵元素是最穩定的元素，如果要再合成新的元素，需要吸收能量！所以此時的恆星內核除了堆積鐵元素就沒有其他途徑了，而外殼遠遠不斷的產生鐵元素，越來越多，在它超過錢德拉塞卡極限崩潰的那一刻，恆星的超新星爆發就產生了！

當然鐵核坍縮只是超新星爆發的其中一個類型，也有不經歷鐵核超新星，比如Ia型號超新星爆發，或者超大質量恆星的超新星爆發，不過鐵核坍縮超新星爆發應該是最多的。超新星爆發過程付出複雜，即使到現在仍然沒有在超計算機中成功模擬出鐵核坍縮的超新星爆發，但並不表示它不存在，宇宙中時時刻刻都有發生，而銀河系中大約每100年就會發生一次。

室女座NGC 4526 SN1994D超新星爆發

超新星產生的能量極大，它能照亮整個星系，發出的能量大約是比太陽一生中釋放的總能量還要多，據天文學家計算，一顆在100光年內爆發的超新星，將會對地球產生毀滅性的影響，不過幸好最近可能的超新星在160光年外，而且它最近並不打算爆發！另一顆最近可能爆發的參宿四遠在640光年外！

鐵是恆星的毒藥，卻是生命最初的源頭！

我們知道鐵元素在生理過程中非常重要，但我們今天要說的並不是鐵對生命的作用，而是它導致的超新星爆發，因為超新星爆發是恆星生命的結束，卻是行星很可能誕生的生命的引子！

超新星爆發儘管將可能毀滅很多生命，但它也可能在未來創造生命，因為鐵元素促成的超新星爆發，將恆星一生中積攢的所有元素、包括在紅巨星階段因慢中子捕獲和超新星階段快中子捕獲產生的重元素統統拋向宇宙，這些物質將在未來千百萬年後因為引力重新坍縮成一顆個新的星系，我們所在的太陽系就是這麼來的，太陽系暫時來說還是人類唯一的家園！

另外各位請放心，地球上的鐵元素都很穩定，而且主要也是它不出工也不出力導致自身坍縮，從而整顆恆星開始坍縮而引爆超新星的，而地球是一顆行星，根本不具備超新星爆發的潛質，所以各位很安全哦！

相關焦點

  • 為什麼第26號鐵元素會引爆超新星?地球上那麼多鐵會不會很危險?
    ，都少不了鐵元素的存在，甚至我們可以這樣定義鐵，如果沒有發現鐵元素，那麼也不會有現代社會，更不可能進入宇航時代！，比如地球，儘管有山脈和海洋，還兩極的冰川，但地球上最高的山脈也不過8千米，和地球1.27萬千米的直徑相比，其實這個球體的精度還是很高的，不過因為自轉，赤道部位的直徑會略大。
  • 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。
  • 為什麼鐵元素會引發超新星爆發?地球上那麼多鐵會很危險嗎?
    鐵元素為何能激發超新星爆炸大質量的恆星最後在聚變形成大量的鐵元素之後，會形成一種元素分層分布的洋蔥結構，中心為鐵核，向外依次為矽層、鎂層、氧層、碳層、氦層、氫層。兩顆處於演化末期的恆星如果碰撞，同樣也會在聚合過程中重新激發這種失控的熱核反應，最終如果超過錢德拉塞卡極限後引發爆炸現象。地球上的鐵是怎麼來的？在地球的圈層中，鐵元素的含量是不一樣的。
  • 為什麼26號元素鐵,可能是宇宙最後一種元素?
    目前，人類已知的元素共有118種。從第1號元素氫（H）到第98號元素鉲（Cf）都可以在地球上找到，更重的元素則是通過人工合成出來的。理論上，人類還可以合成出更重的元素，最重的元素有可能是第184號元素。在地球上，氧、矽、氮、鋁、鐵等都是十分常見的元素。
  • 為什麼鐵元素會引起超新星爆發?地球上那麼多鐵會不會很危險?
    在大質量恆星演化到生命的末期，當低原子序數的元素燃燒完時就會發生超新星爆發。那麼地球上有那麼多的鐵，地球會不會很危險？其實大可不必擔心，地球上的鐵是不會引起超新星爆發的，至於為什麼？我們得先從恆星演化說起。
  • 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？
  • 地球上的金子從哪來?宇宙誕生不是只存在兩種元素嗎?
    地球上的金子從哪來？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。
  • 宇宙中還有地球上不存在的元素嗎?大爆炸後為什麼最多的元素是氫
    1869年，俄羅斯化學家門捷列夫將當時發現的66種元素排列成著名的元素周期表，並預言了新元素的存在和性質。迄今為止，已發現118種元素，其中92種為天然元素，26種為合成元素。鈾元素92是地球上原子序數最大的天然元素。原子序數大於92的人工超鈾元素都是不穩定的放射性元素。那麼，這個元素列表有沒有盡頭？會有新的元素嗎？
  • 宇宙中還有地球上不存在的元素嗎？大爆炸後為什麼最多的元素是氫
    1869年，俄羅斯化學家門捷列夫將當時發現的66種元素排列成著名的元素周期表，並預言了新元素的存在和性質。迄今為止，已發現118種元素，其中92種為天然元素，26種為合成元素。鈾元素92是地球上原子序數最大的天然元素。原子序數大於92的人工超鈾元素都是不穩定的放射性元素。那麼，這個元素列表有沒有盡頭？會有新的元素嗎？
  • 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。
  • 恆星核聚變到鐵就停止了,比鐵更重的元素是如何形成的?
    到目前為止，已發現了118種元素，其中92種為天然元素，剩下的26種為合成元素，在天然元素中，92號元素——鈾元素是地球上原子序數最大，而原子序數大於92的人工超鈾元素都是極其不穩定的放射性元素。
  • 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？
    此時，宇宙中主要的基本原子是氫原子和氦原子，氫元素和氦元素是元素周期表上最靠前的兩個元素。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？
    區別元素的標準是什麼？氫氦鋰鈹硼、碳氮氧氟氖......這是各位都很熟悉的元素周期表，順序則是從1開始依次加大，最終到自然界序號最高的92號鈾元素！那麼區隔元素類別的標準是什麼？而且只要恆星質量足夠大，它的元素誕生順序為如下流程：氦4 → 鈹8 → 碳12 → 氧16 → 氖20 → 鎂24 → 矽28 → 硫32 → 氬36 → 鈣40 → 鈦44 → 鉻48 → 鐵52 → 鎳56恆星聚變能誕生的元素可以到達鎳56哦，不過鎳-56會衰變，經電子捕獲而衰變成鈷-56，最終衰變成鐵-56，所以說恆星聚變到鐵就停止了也沒毛病，但我們要了解的是這個衰變過程
  • 人類社會中最重要的鐵元素，對於恆星來說，竟然是「毒藥」
    ，可以說，是鐵的出現，讓人類的文明進程更加的快速，如果說在4000多年前，古人類並沒有發現「鐵」元素，那麼，可能現在仍然是非常原始的農耕社會，或者是原始部落，人類如今的這些科研成就，或許也都不會發生。舉個例子來說，地球的內核就是一個巨大的金屬球，而且主要的構成元素就是「鐵」。
  • 黃金和鐵都在超新星爆發中形成，為什麼鐵那麼多，黃金那麼少？
    最近地球上最不靠譜先生和中東大國扛上了，導致黃金和石油價格飆升，當然對於期貨炒家來說無論漲跌都能賺到，關鍵在於誰能洞察先機！不過無論咋個漲跌，肯定不會有人認為鐵比黃金珍貴，畢竟物以稀為貴嘛，但問題是黃金和鐵都是金屬，為什麼黃金就比鐵珍貴了呢？會有可能會出現黃金比鐵多的可能嘛？
  • 為什麼恆星聚變不能產生原子量比鐵更大的元素?
    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。
  • 地球上那麼多元素都是哪來的？地球誕生以前就有？還真是這樣
    恆星能合成的元素宇宙微波背景輻射在全向分布上是均勻的，但據普朗克衛星觀測發現，仍然存在約十萬分之一的差異，當然宇宙在大爆發生時如果100%均勻的話，那麼我們的宇宙甚至到現在仍然還處在一片黑暗之中，因為均勻分布的宇宙無法誕生恆星！
  • 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？
  • 地球上那麼多類型的元素是哪來的？發生過熱核反應嗎？
    元素周期表中常見的元素總共有92種，如果加上短期存在的放射性元素和人造元素外，總共有118種，它們的同位素的數量則是元素種類的幾十倍，如果加上化合物那可能就難以計數了！那麼地球上那麼多元素到底是怎麼來的呢？