我们现在所熟知的元素周期表中的元素都是从哪里来的呢?它们是由地球创造的吗?还是早于地球就存在了?宇宙中,别的星球里,也具有这些元素吗?
首先我们要明确的一点是,这些元素都是早于地球的存在就存在了。这些看似微小的元素与宇宙和恒星的演化有着密不可分的关系,它们都是在宇宙中就产生的,而非是人类创造或者是地球自主创造的。那它们究竟是如何产生的呢?
第一个来源 宇宙大爆炸
科学界普遍认为,现在宇宙的形成都是源于大爆炸,在宇宙的诞生之初,只有两种元素,分别是氢和氦,这也是元素周期表中的1号和2号元素。其中氢占了约四分之三,氦占了四分之一,二者的比例是3:1。
第二个来源 恒星的核聚变
在宇宙爆炸初期的混沌中,在“星云”中开始积累和形成,恒星出现了。由于恒星的质量大,引力也大,推动着其核心的温度和压强升高,核聚变就开始了。
刚开始,恒星燃烧核心中的氢元素,通过核聚变生成了氦元素,这个过程有可能是质子-质子反应链或碳氮氧循环。
产生了氦元素之后呢,氦元素又通过核聚变生成了碳元素和氧元素。
如果恒星本身的引力够大的话,还能够进行下一步的核聚变,那么当中的碳还能聚变成其它的金属元素,如钠和镁。质量足够大的恒星能够一直聚变到铁元素。我们需要了解的一点是,恒星发生聚变是一层一层发生的,像洋葱一样,每一层都是不同的。
在这个核聚变过程中,决定了恒星能够聚变到什么水平是由它的质量所决定的。
对于小质量的恒星,就是从氢聚变到氦就停止了;
而像太阳的中等恒星还能进一步点燃核心的氦气,产生新的元素,但是太阳最多也就只能产生氧和碳元素;
而质量是太阳10倍的恒星则可以一直聚变到产生铁元素。
总结一句话就是说,从3号元素到铁,都是可以在超大恒星质量内部通过核聚变产生的。
这时候有的同学就发问了,但是我们的元素周期表不止到铁啊,那其它的重元素哪里来的呢?
第三个来源 红超巨星形成、超新星爆炸和中子星合并
这里我们要先了解一个中子俘获的概念,中子被原子核强力抓住的过程叫做中子俘获,分为慢中子和快中子俘获过程。
当大质量的恒星过完成年期,进入中年期,开始从主序星上消失变成红超巨星时,铁-56可以通过慢中子的俘获过程,产生部分比铁重的金属。
超新星爆炸会发射出巨大的能量和光芒,因此在如此大的能量下,快中子的密度极高,于是铁在这个过程中进行了快中子的复活,因此许多原子序数比铁还高的原子就出现了。
而另外一些原子序数更高,更为稳定的元素则大多是来自于中子星的合并,因为中子溃散之后衰变成了质子,重元素就产生了,这些元素包括金和银。
超新星爆炸和中子星合并在太空中都是发生几率相对较少的事件,也正因为如此原子序数高,更为稳定的金属也更为稀有,更为值钱。
小结
元素主要有三个来源,第一个是宇宙大爆发所形成的氢和氦;第二个是在恒星的核聚变过程中所形成的,但是不同质量的恒星所能产生的核聚变的程度是不一样的,小恒星可能只能进行氢到氦的聚变;而大于太阳质量10倍的恒星则很有可能一直聚变到铁元素。然而,元素周期表中,铁后面的其它重元素是哪里来的呢?
它们可能是在红超巨型的行程中、超新星爆炸和中子星合并的过程中产生的。
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