核聚变到铁就停止了吗那宇宙里比铁要重的元

核聚变到铁并未停止,只是能核聚变到铁的恒星,离死就不远了,随着临死前的一场爆炸,是可以聚变出所有自然元素的,这场爆炸称为“超新星爆发”。

自然界元素的由来

首先大家要知道整个宇宙中几乎99%的元素都是氢和氦。这两种最简单的元素充斥了整个宇宙空间。

而其他所有的元素都是靠恒星这个元素加工厂以氢氦为原料合成的。而要能成为一颗恒星的条件就是可以在核心产生氢聚变的热核反应。一旦这个热核反应启动了,一颗冉冉升起的恒星也就诞生了。由于氦原子核有两个质子、两个中子,非常稳定,所以后面所有元素的合成基本上都是以氦原子核为单位进行聚合的。三个氦原子核就能够聚合成一个碳原子核,四个氦原子核则聚合成为一个氧原子核,五个能聚合成氖原子核,六个是镁,七个是硅,八个是硫,以此类推。

当然,在几十亿度的高温中,一对拥有28个质子和中子的硅原子核,也可以直接聚变成一个有56个质子和中子的铁原子核。

而铁元素作为宇宙中最稳定的元素,比结合能最高。因此铁元素及之后元素的聚变将不会再产生能量,只会吸收能量。于是恒星的内部再也无法抵抗外部巨大的引力。在巨大的引力下,恒星内部的自由电子被强行压进铁原子核中与质子结合。电子与质子所携带的等量相反电荷彼此抵消,恒星内部就变成了一个硕大无比的由中子组成的原子核。由于原子与原子核所占据空间的巨大差异,使得内核空间突然变小了很多,引发猛烈的内爆,然后向外反弹形成超新星爆发。

一颗超新星的亮度可以超过其所在星系全部恒星亮度的总和。巨大的能量瞬间就把铁以后所有的自然元素聚变出来。而铀以后的元素不是自然形成的,而是人工合成的,而且绝大多数都会迅速的分裂。

而返还回星际空间的重元素,因为重,极易成为下一代天体的核心,随着再一次的星云坍塌,形成新的恒星以及行星,以及生命。我们DNA中的氮元素、骨骼中的钙元素、血液中的铁元素以及细胞中的碳元素,都是在坍缩恒星的内部形成的。所以说,人类渺小如尘,一点不为过,因为我们本来源于星尘。

地球这片星空曾经绚烂无比。

根据如今地球上金元素和铀元素的丰度,我们可以推测在太阳系形成之前,这一片星空中曾经发生过超新星爆发。而生命的起源与演化与太阳系的起源有着密切的联系。

第一,之所以我们判断构成生命的元素全部来源于恒星,是因为目前宇宙中所发现的各种化学元素的相对丰度与恒星内产生的原子相对数目完全吻合。

第二,地球上存在如此多的重金属原子。意味着在太阳系形成前不久,这里发生过巨大的超新星爆发,爆炸的冲击波压缩了附近的星际气体和尘埃。触发了太阳系星云的收缩。才铸就了如今的太阳与八大行星。

第三,当太阳作为一颗恒星成型时,地球大气被大量的紫外线辐射加热,形成了闪电。这些原始的能量唤醒了成为生命起源的有机分子。

第四,地球上所有的生命能源都来源于太阳光。植物只不过是作为储藏太阳光能的一个载体而已。农业也只是利用植物作为媒介,有系统地收集阳光。

最后,生物进化可能也与阳光有关。比如,遗传突变为自然选择提供了原材料。而突变部分是由宇宙射线造成的,即超新星爆发时喷射出以光速运动的高能粒子。也就是说,地球上生命演化的部分原因来源于那些遥远的大质量恒星死亡时的余晖。

总结

所有的元素,都是由一个一个氢原子拼合而成的。恒星先在引力的压迫下,干着体力活,一点一点地生产铁以前的元素,最后实在干不动了,铁了心来一场大爆发,把一辈子的活都干完了。

说它光荣下岗也好,光荣就义也罢,反正就没它什么事了。

专业名词解读

比结合能,意为平均结合能。

结合能不是元素原子核拥有的能量,是要拆开(裂变)或组合(聚变)原子核时需要吸收或释放的能量。原子核里核子数(质子与中子都是核子)越多,结合能越高。

而比结合能=结合能÷核子数,也叫平均结合能。结合能与比结合能之间的关系,相当于GDP与平均GDP之间的关系。

就像GDP再牛也没什么意义,主要得看平均GDP一样,所以核聚变的重点是看比结合能而不是结合能。

铁的比结合能最高,意味着铁是最稳定的元素。

由于铁元素最稳定,所以如果还要往铁原子核里面挤核子(聚变)就会变得很困难,所以要消耗大量的能量。

上图是元素比结合能曲线图(很多引用说成结合能是错误的,一字之差完全不一样)。从这个图你还可以知道为什么氢弹(氢聚变)比原子弹(铀裂变)威力大。

其实还可以通过爱因斯坦的质能方程:E=MC,来解释铁之后聚变为什么会吸收能量。铁之前的元素都属于轻元素,其聚变会损失质量,所以释放能量,而铁之后的元素属于重元素,聚变会增加质量,所以会吸收能量。

宇宙射线,也叫宇宙线。

是来自外太空的带电高能亚原子粒子。大约89%的宇宙线都是质子(氢原子核),10%是α粒子(氦原子核),还有1%属于重元素核,这些原子核构成宇宙线的99%。剩下的极小一部主要为γ射线和超高能中微子,但也会有非常少比例的稳定反物质粒子。

根据粒子能量的多样化研究,显示宇宙射线的来源广泛。这些粒子可能来源于恒星,或来自遥远可视宇宙深处的一些还未知的物理机制产物。宇宙射线的能量可达到10^20eV,远超过地球上的粒子加速器可达到的10^12至10^13eV。




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