恆星由氫元素開始聚變到最後滅亡能形成各種元素,但是氫元素又是...

2020-11-22 每日科技網

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  氫和氦是宇宙中最豐富的兩個元素。事實上,整個宇宙的氫和氦構成超過98%的所有已知的宇宙中物質。其餘2相當於其他元素的總和。儘管我們的地球是一個巖石行星,包含大量額外的元素,如氧、矽、鐵等,但它並不能代表整個宇宙。我們的地球,在這個宏大的計劃中,只不過是圍繞一個中等大小的恆星旋轉的一粒宇宙塵埃。直到我們把整個宇宙作為一個整體,直到我們能理解到底有多少氫和氦存在。

  在基本的氫聚變周期中,四個氫原子核(質子)聚集在一起形成一個氦核。這是故事的簡單版本。實際上有電子,中微子和光子使得氫與氦的融合成為可能。

  ▲氫聚變過程的第一步:氘(2H)的原子核由兩個質子構成,其中有一個反電子和一個中微子

  這個聚變周期釋放出恆星核心的能量。正是這種融合循環在我們的太陽中產生能量。當我們在夏天感到熱的時候,我們就知道這種能量!

  宇宙爆炸學說認為氫是由最基本的粒子在冷卻過程中形成質子和電子後形成的元素。在大爆炸後的大約100秒,溫度降到了10億度,也就是最熱恆星內部的溫度,在這樣的溫度下,質子和中子不再有足夠的能量逃脫強核力的吸引,所以開始結合產生氘(重氫)的原子核,氘核包含一個質子和一個中子。然後,氘核和更多的質子中子相結合形成氦核,它包含二個質子和二個中子,還產生了少量的兩種更重的元素鋰和鈹。通過計算得出,在大爆炸模型中大約4分之1的質子和中子轉變了氦核。還有少量的重氫和其他元素:所餘下的中子會衰變成質子,這正是通常氫原子的核,而這些核帶有正電性,他們會束縛經過的電子,從而就形成了氫原子,這就是氫元素的來源。

  ▲作為一簇緊密排列的「球」。紅色的「球」代表質子;藍色的「球」代表中子。「環繞」一個原子的原子核並定義一個原子的「大小」的電子云大約是那個原子的原子核的10萬倍!

  這個問題屬於物理範疇:創世大爆炸時大量的夸克和電子釋放,夸克相互碰撞,3個夸克是一個質子或中子,便形成了H+離子,再捕捉電子,生成氫原子即氕H-1,當中子形成時,與氫原子合併,形成氘H-2,再次合併形成三重氫即氚H-3,當質子撞擊氚或氘時形成穩定元素氦3,氦4兩種同位素,而3個氦4相撞生成碳12;氦3與氦4相撞生成鋰7、鈹、硼、氮、氧、氟、氖、鈉、鎂、鋁、矽、磷、硫、氯、氬、鉀、鈣、鈧、鈦、釩、鉻、錳等都是這麼來的,到26號元素鐵的時候原子核是最穩定的,至於重元素怎麼誕生,是一個謎,從鈷開始有待探測,也有人認為是Mn-55撞擊He-4得到Co-59。

  元素的誕生分為兩種,天然與人造,1924年,人為地在回旋加速器上用氘(H-2)撞Mo-96,得到放射性元素Tc-98,到現在為止元素周期表已有117個元素,117號沒發現,118號已合成出但立刻衰變現在恆星不斷使原子聚變裂變,為循環能源,即太陽能和核能,最重的天然元素是鉲(拼音:kāi)Cf,是最貴的金屬,比金(Au)貴500000倍!大自然的元素仍不斷創新,元素周期表的盡頭仍然是個謎!

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  • 恆星都是「元素製造機」,為啥造不了氫元素?元素材料太難造
    恆星是宇宙中的「元素製造機」,元素周期表上絕大多數的元素都是由恆星製造的,但是氫元素除外。但恆星形成之後,就開始通過核聚變製造氫以外的其他元素了,先是將氫元素聚變成氦元素,然後再聚變成鋰、鈹、硼、碳、氮、氧等元素,恆星質量越小,所能聚變達到的元素層數量就少,質量越大所能就變成的元素數量就多。
  • 絕大多數元素都是恆星製造的,但氫元素不是,它的來源其實有三個
    宇宙中的恆星形成的時候,其內部的核聚變消耗的原料基本都是氫元素,也就是說,恆星都是從氫元素開始核聚變進而發光發熱的,之後恆星將氫元素通過核聚變合成氦元素,接著合成鋰元素,所以只有氫元素不是恆星能形成的,那麼給恆星提供最初聚變原料的氫元素是從哪裡來的呢?
  • 宇宙中的氫元素用不完嗎?為什麼恆星消亡後又會形成新的恆星?
    雖然以現在的航天科技水平,我們人類暫時還不能在廣袤的宇宙中遨遊,但是我們還是可以利用各種精密的天文觀測儀器來一睹宇宙的風採。在宇宙的眾多天體中,太陽無疑是最受人矚目的了,在過去的日子裡,科學家們通過光譜分析,已經確認了太陽的成分,其主要成分如下表所示。
  • 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。我們宇宙元素豐度最高的是氫元素和氦元素,分別是73.9%和24.0%,兩者一共佔了宇宙所有元素的97.9%,在萬有引力的作用下,宇宙中大量的氫元素和氦元素聚集,最後塌縮為一顆恆星。
  • 宇宙中的氫元素是怎麼產生的?
    而質子的質量,99%來自於強相互作用產生的能量(根據愛因斯坦質能方程E=MC^2,質能等價,可以換算成質量。),而1%來自於夸克的質量。而根據希格斯機制,夸克的質量來自於希格斯場,希格斯玻色子則是希格斯場的振動。
  • 宇宙中的氫元素會耗盡嗎?恆星會不會越來越少?
    恆星形成與演化理論能解釋各種恆星的演化歷程,根據大爆炸理論,我們宇宙誕生於138億年前,宇宙誕生時形成了大量的氫元素和氦元素,大約在大爆炸後的1000萬年,首批恆星開始形成,第一批恆星主要以大質量恆星為主,屬於貧金屬恆星。
  • 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。
  • 宇宙中的氫元素是怎麼誕生的?只需100秒,夠宇宙吃到天荒地老!
    宇宙計時100秒時,自由質子俘獲電子,構成了最初的氫元素,即氫的同位素氕!此時宇宙中存在大量的自由質子,自由中子以及電子,因此同時聚變形成的還有氦和鋰元素!從宇宙最初幾分鐘之後,剩下的事情就交給暴漲與引力了,因為這些已經誕生的物質將在未來一億年內在分布不均勻的宇宙中由引力主導坍縮成恆星,開始了氫元素的聚變之旅!它會一路從氦元素-碳元素-氧元素等一直到鐵元素(其實是鎳)!
  • 恆星核聚變到鐵就停止了,那比鐵重的元素都是怎麼來的?
    恆星的核聚變 按照如今的主流理論,宇宙起源於一次大爆炸。大爆炸之後,早期的宇宙逐漸形成各類粒子,最終在38萬年後,溫度降低到3000度左右,原子結構得以形成。這也奠定了宇宙的已知物質的基本成分,主要是氫原子和氦原子,兩者佔到了99%以上,而氫原子達到了70%以上。
  • 恆星核聚變到鐵就停止了,比鐵更重的元素是如何形成的?
    在宇宙剛誕生之後沒多久,各種物質在萬有引力以及電磁力的作用下互相吸引,並逐漸演化成了現在形形色色的天體。而元素的形成和宇宙的演化以及恆星的演化等是分不開的,其中在我們已知的宇宙中,氫元素的含量是非常高的,在元素周期表中也是排在第一位的。所以這次我們要來討論一下元素周期表上元素來源,尤其是鐵之後的重元素。
  • 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。
  • 為什麼宇宙的氫元素含量如此高?
    經過天文學家長期的研究發現,宇宙中分布最廣、含量最多的元素是氫元素,每一個天體都含有氫元素,恆星更是如此,因為它們內部的核聚變反應正是以氫原子為基礎燃料進行的。雖然地球上也同樣存在氫元素,但是它的總含量並不高。在大氣的成分含量排列中,氮元素和氧元素位居前面兩位,氫元素根本無法進去前三甲。
  • 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?
  • 每個人都由恆星物質組成,恆星如何造出各種元素?
    其實,從物質構成上來講,我們的身體、大腦以及神經血液和地球上其它千千萬萬種物質一樣都是由各種元素所構成的。是的,就是我們在元素周期表上 所見到的那些元素。目前人類在宇宙中已知的元素共有118種,其中既有天然元素,也有人造元素,而組成人體的元素數量則達到了60多種。
  • 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。
  • 萬物基礎的1號元素:氫元素
    氫元素在元素周期表中排在第1位,ⅠA族,元素符號為H。目前已知,氫元素是宇宙中最豐富的元素。現代科學普遍認為,宇宙大爆炸之後,氫和氦就出現了。宇宙中的恆星也是氫氣雲在引力坍塌的作用下形成的恆星。在地球上,氫以化合形式存在,比如水、生命物質和化石燃料等都含有氫元素,可以說氫是構成物質世界的基礎。
  • 恆星生成鐵時就會死亡,那鐵以上元素咋形成的?死亡時刻瞬間創造
    恆星是宇宙中的元素製造者,可以製造元素周期表上氫元素以外的絕大多數元素,但是恆星都害怕製造鐵元素,因為一旦開始製造鐵元素,就意味著這顆恆星將立即走向死亡。恆星內部的核聚變基本都是從氫元素開始的,一般氫元素聚變到氦元素經歷的時間最長,比如我們的太陽,在100億年左右的時間中,進行的都只是氫元素到氦元素的聚變,當氦元素開始聚變的時候會發生氦閃
  • 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。
  • 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?
    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。