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            地球上那么多元素都是哪来的?地球诞生曾经就有?还真是这样

            admin 2019-12-24 190人围观 ,发现0个评论

            其实我们要说的是,首先诞生的是元素,然后才有地球。有没有毁了你的三观?而且更关键的是不管有没有诞生地球,这些元素都将会存在!

            首先来了解下元素和元素之间有什么区别,我们都知道元素都是有原子组成的,不同的元素有不同的原子,而原子则是有电子和原子核组成,而原子核内则有中子和质子两种!

            介绍元素属性的话,到中子和质子就可以了。决定元素属类别的是质子数,中子数的不同则表示这种元素的同位素。听上去似乎很简单,就像橡皮泥一样将它们粘合在一起就构成了不同的与元素,但其实如果要实现不同的质子数和中子数结合,这堪比登天!当然这对万能的宇宙来说算啥事啊,不过是一次大爆炸的事而已。

            宇宙大爆炸能合成的元素

            宇宙大爆炸模型是当前比较能贴近观测的宇宙诞生模型,这从微波背景辐射以及宇宙膨胀与宇宙原初元素的丰度获得佐证,在更合适的模型出现之前,我们以此依据展开讨论。

            元素诞生之前的事咱就不说了,以下从大爆炸开始说起:

            10^-6S时,夸克和胶子在强作用力下结合成质子和中子等重子族

            温度逐渐降低,在10亿K时,少数质子与中子结合,形成氢、氦以及锂的原子核(这就是太初聚变过程),此时仍然是原子核,还不能构成原子,而且还与更多的质子(氢原子核)仍然还在等宇宙的温度降低与电子结合形成氢原子。

            37.9万年后,宇宙温度下降到电子和和原子核形成氢原子、氦原子与锂原子。宇宙也膨胀到足够大,一锅粥似的的浓汤也逐渐清朗,光子冲破重重迷雾得以在宇宙中欢快的奔跑。当然我们现在还能看到它,而这就是大爆炸的那束光,被宇宙膨胀红移到了微波波段的宇宙微波背景辐射。

            大爆炸能产生的元素就是氢元素、氦元素以及少量的锂元素。

            恒星能合成的元素

            宇宙微波背景辐射在全向分布上是均匀的,但据普朗克卫星观测发现,仍然存在约十万分之一的差异,当然宇宙在大爆发生时如果100%均匀的话,那么我们的宇宙甚至到现在仍然还处在一片黑暗之中,因为均匀分布的宇宙无法诞生恒星!

            从大爆炸到宇宙膨胀,再到1989年COBE卫星发射获得的低分辨率微波辐射,章丘再到普朗克的高分辨率微波辐射照片,当然天文学家总是极尽夸张之能事,那是万分之一的差异给渲染得灯红酒绿。

            无论如何,恒星诞生了,开始一路生产元素之旅,质子链的反应从氕到氘,再从氘和氕聚变成氦三,再从氦三聚变成氦四,再到碳、氧、氖、镁、硅、硫、钙一路到铁,那么这些元素都是这么变出来的呢?

            质子的数量就决定元素的类别,比如两个质子的是氦,三个质子的锂,四个质子的铍,五个质子的硼,六个质子的是碳,7颗质子的是氧.........但元素却不是质子质子数的堆积,因为两个质子要克服库伦势垒的难度极大,因此中子就很有必要了,比如在最初的氕氕聚变时就是一颗质子转变成了中子,变成氘,有了电中性的中子调和,聚变结合能往后就顺畅多了。

            看起来这犹如砌砖一样简单的过程,对于人类来说难如登天,但这也不是所有恒星都具备,比如太阳就只能到达碳元素和氧元素级别,而7-10倍太阳质量以上的恒星则可以演化到铁元素,我们从元素的比结合能知道,铁之前的元素聚变是可以释放能量的,但从铁元素之后的聚变,还需要吸收能量,因此在恒星正常燃烧的阶段内是不可能产生了。此时产生重元素的路子还有一条:慢中子俘获(S过程)

            此时的恒星内部会有极强的中子辐射,因此这些轻元素的原子核就有可能会俘获到中子,但中子过多会有一地球上那么多元素都是哪来的?地球诞生曾经就有?还真是这样个问题,它会发生衰变,放出一个电子和中微子,变成一个质子,我们会发现这个原子核的质子就有可能一个个累积起来!那么效率如何呢?

            中子俘获后又衰变的过程

            慢中子俘获的效率极低,因此对于生产新元素来说,慢中子俘获并不是一个有效途径,而是一个聊胜于无的途径,红巨星内核中比铁更重的钴、镍、铜、锌就是这么来的。但此时恒星内核再无能量输出,铁核坍缩即将超新星爆发。

            超新星合成的元素

            前文说了铁核后面的元素需要地球上那么多元素都是哪来的?地球诞生曾经就有?还真是这样吸收能量才能诞生出新的元素,而铁就是分水岭,如下图,这就是元素的比结合能表。

            因此这些重元素只能在超新星爆发的巨大能量中产生,而超新星中诞生别铁更重元素的有效手段是:快中子俘获(R过程)

            超新星爆发时会产生密度极高的中子流,甚至100万亿亿个/立方厘米/秒,在如此天文上数字般的的中子撞击下,重原子核犹如糯米团掉到了芝麻堆里,而过多的中子又会不稳定快速衰变,变成如铱、锇、铂、金等贵重金属元素,像生产的流水线一样被大量生产出来。

            中子星和并能合成的元素

            超新星爆发后恒星重元素所在的内核质量大部分坍缩成了中子星,因此从过程看超新星爆发生产的重元素是比较有限的,而大量的重元素比如金元素等则主要通过中子星合并等极端天文事件产生。

            中子星物质被中子星引力束缚是非常稳定的,但在两颗中子星碰撞后将会失去这个稳定性,中子会通过衰变成质子,并伴随着中微子辐射和射线,而在这个过程中,中子星碎块会衰变成各种元素,这取决于衰变到那个质子数时即产生稳定的元素原子核质子数与中子数组合,而这个结果一般就是偏向于重元素,一般认为75号以上的元素大都来自中子星合并,比如放射性元素铀。

            黑洞和并

            从来没有听说过黑洞合并还能产生元素,一个黑洞一毛不拔,两个黑洞更是一毛不拔,是不可能产生元素的,不过黑洞在合并不过程中的超级伽玛射线暴却有可能促成大气层中生成新的化合物。

            伽玛射线暴的的单光子能量超过太阳光的几十万倍,轰击大气高层的臭氧,直接解离臭氧分子,与大气中的氮结合成二氧化氮,一种棕红色刺鼻且有毒的气体,失去臭氧层的地球会遭受波长极短的高能紫外线照射,这是伽玛射线暴对地球影响的第一波,高能的伽玛射线也有可能直达地面破坏生物DNA,这是第二波(影响速度上来看这才是第一波),因此黑洞合并会间接给地球制造出麻烦的化合物,继而影响地球生命。

            还有比92号以上更高的元素吗?

            更高质子数的元素,比如92号以上,都是人工制造的元素,但这些元素是极不稳定的,很快就会衰变成其他元素。比如U-238)衰变过程U(铀)-238 → Th(钍)-234 → Pa(镤)-234 → U(铀)-234 → Th(钍)-2地球上那么多元素都是哪来的?地球诞生曾经就有?还真是这样30.....一直到Pb(铅)-206,不过U-238的半衰期高达44.68亿年,而92号以上的比如93号元素的镎的半衰期只有214.5万年,而118号元素的半衰期12毫秒,小于肉眼反应时间。

            超铀元素列表,上面的很多字各位会念不?

            地球是怎么诞生的?

            康德-拉普拉斯星云说在200多年前就解释了太阳系诞生的秘密,而对邻近银河系内金牛座以及猎户座星云的观测也证明这种说法。因此太阳系在46亿年前诞生于奥尔特云这个假设具有极高的可信度!

            奥尔特云也许受到一次邻近超新星爆发的影响,导致其满足金斯不稳定性而开始坍缩,从形成博克球状体到内部诞生恒星星核,星云扁平化,在盘面上形成了行星诞生的星核,而中心继续诞生原恒星,当恒星开始发光,将周围的比较轻的分子云驱赶到了小行星带的外围,而比较重的物质则留在了内行星轨道,这也是内行星都是岩石质行星,木星等行星长成气态巨无霸的主要原因。

            地球上的元素完全继承于上一次超新星爆发,理论上来看超新星爆发并不会诞生太多的重元素,而地球上的元素结构也大致符合这个规律,假如奥尔特云形成于中子星合并的星云的话,它将不可太可能诞生出恒星,因为氢元素含量太低,而且由于重元素比例过高,即使诞生星系也很难形成生命。所以鱼和熊掌不可兼得哦,黄金和生命只能二选一。

            地壳元素丰度表,诞生在一颗这样的星球上,生命是不是非常幸运?

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