地球上的元素哪儿来的?感谢两代恒星、感谢中子星


我们的世界丰富多彩,充满着各种各样的元素 。这些元素以分子的形式成为我们所看到的各种各样的物质 。
这元素从最轻的氢开始,然后是氦,接着是锂、铍、硼……截至2017年1月15号,我们已经发现了118个元素 。

地球上的元素哪儿来的?感谢两代恒星、感谢中子星

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我们的生活离不开这些元素 。如果你想造一辆汽车,你就会发现,你会要用到很多的元素 。
想要找出汽车都用了哪些元素,最好办法是把它拆开看看 。首先我们会看到有铁、塑料、油和橡胶,然后是铝、硅、铜,最后是铂、金等贵金属 。每一种材料都是制造汽车的关键原料,这些材料都是由元素构成 。
那么有没有谁想过,所有这些元素是从哪里来的?
但在早期的宇宙中,它们都不存在 。要寻找答案,我们需要追溯到宇宙开始的时候,138亿年前,宇宙是在一次重大事件中诞生的……宇宙大爆炸 。
早期的宇宙充满了能量,大爆炸之后只是一团混乱的东西,不像你今天所看到的那样 。
随着早期宇宙的冷却,能量被不稳定的物质和反物质所取代,然后是质子和中子,最后是才是原子 。
但还不是我们的汽车所用到的铁、硅或碳原子,整个宇宙几乎完全由氢组成 。

一定有什么事发生并给了我们其他的一切 。实际上,宇宙之初所有的东西都是由氢组成的,氢原子是宇宙中最简单、最轻的原子,只有一个正电荷质子和一个电子结合在一起 。
宇宙通过把氢原子结合在一起,从而形成了更大的原子,如碳和铁等 。
一切都从最简单的起源开始,一个铁原子实际上是许多简单的氢原子粘合在一起 。
但是氢原子是不会平白无故地粘合在一起的 。质子带正电荷,所以当你把两个氢原子推得更近的时候,它们会拒绝靠近 。它们真的不想手拉手 。这种排斥使早期宇宙成为一个氢原子相互回避的漩涡 。
如果你能够把它们挤在一起的话,它们会被牢牢地锁在一起,锁在一个点上 。把原子挤到一起,使它们聚变,这种聚变被称为核聚变 。
把一个充满气体的宇宙转变成充满星系、恒星和行星的宇宙的第一步,就是要核聚变 。巨大的氢气云在自身引力作用下崩塌,随着越来越多的气体被吸聚在一起从而产生了压力和温度 。
最终,核聚变在这些巨大的气体球的核心深处点燃 。第一批恒星开始制造构成我们今天汽车的那些元素 。
恒星基本上就是一个把较轻的元素变成较重的元素的机器 。聚变发生在这些第一批恒星的核心内部,将氢原子融合在一起生成氦 。
当核心中的氢全部用完后,恒星的核心开始塌陷并变得更热,就有了足够的能量把三个氦原子核融合成碳 。
等到氦也用完了,再次塌陷,再次变得更热,然后就所氦聚变成氮……接着继续融合形成氧、硅、铁 。
但这种不可思议的元素生产线不可能永远持续下去,当融合生成的原子越重,释放出的能量就越少,所以把氢变成氦,氦变成碳,氮,氧,每次都会少一点能量 。
而且,聚变的反应速度越来越快 。像我们的太阳一样的恒星,把氢变成氦需要50亿到70亿年的时间 。当然恒星质量越大,其速度越快 。最大的恒星,只需要几百万年的时间 。
然后,氦到碳燃烧的时间大约是氢燃烧时间的10%,而恒星开始聚变碳后,只需几百年就烧完了,所以这样的恒星离死亡不远了,因为它马上要开始聚变铁了 。
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25倍太阳质量的恒星各聚变时间表


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