黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?

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天文学家炮轰马斯克的“星链”网络 永久性污染夜空

SpaceX公司计划发射1.2万颗卫星,组成所谓的“星链”网络。5月23日,“星链”计划的首批60颗卫星搭乘猎鹰9型火箭发射升空。这个卫星网络旨在提供天基互联网服务,让地球上的每一个角落都能接入宽带。但令天文学家感到担忧的是,“星链”的所有卫星都处在低轨道

  宇宙中高于铁的元素,可以是大质量恒星在演化末期,通过中子俘获历程形成;或者在双中子星合并事宜中,也能大量形成。   我们地球上的元素异常丰富,从1号氢元素到92号铀元素都有,铀是自然界中大量存在的最重元素;大于92号的叫做超铀元素,只有几种在自然界中微量存在,其余都是人工合成的,超铀元素的半衰期一样平常都很短。
黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?   若是领会一点天文学知识,就会知道恒星是一个元素加工厂,可以把宇宙中的氢元素举行核聚变,然后天生林林总总的元素。   好比在恒星内部,氢元素聚变天生氦元素,并释放大量能量;然后氦元素又聚变,天生碳元素和氧元素;碳元素的聚变,又可以天生氖、钠、镁、铝元素。
黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?   然则这样的聚变,在恒星内部到铁元素就终止了,好比硅元素聚变天生铁-56,然后铁-56无法继续举行聚变;那么高于铁的其他元素,又是如何来的呢?   我们知道,氢弹是氢的同位素聚变,原子弹是铀或者钚裂变,两个核反应都是释放能量,这与原子核的“比连系能”有关。   连系能示意把原子核中的核子(质子和中子)完全离开,所需要提供的能量;然则我们不体贴连系能,而是体贴连系能与核子数目的比值,叫做比连系能。
黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?   比连系能越大,示意原子核越稳固,铁-56的比连系能是所有原子中最大的,以是铁-56是最稳固的原子,比铁更高的元素叫做超重元素,看来人人说“老铁”是有缘故原由的(窃笑)!   对以上原理有了一些领会后,我们再来看宇宙中元素的形成原理;所有恒星在刚形成时,都市举行氢元素的聚变反应,氕核先聚变为氘核,再经过多步聚变后,产物主要是氦-4:
黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?   (1)对于小质量恒星,好比小于0.8个太阳质量的红矮星,就只能聚变到氦了,由于这种恒星的质量太小,内部温度不够高,氦元素的聚变反应无法点燃。   (2)像太阳这样的恒星,在氢元素燃烧完后,引力作用会暂且压过核聚变释放的能量,然后恒星外层发生缩短,使得内核温度急剧升高,就会点燃氦元素;氦的聚变异常快,并释放大量能量把恒星外层大气吹走,也就是氦闪,在《落难地球》中就是假设太阳即将发生这种情形。
黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?   (3)太阳在演化末期只能聚变到碳、氧元素,比太阳质量更大的恒星,聚变反应可以到硅元素。   (4)对于大质量恒星(约10倍太阳质量),一直可以聚变到铁元素,然后聚变反应就终止了,由于铁的连系能是最高的。   铁-56原子有26个质子和30个中子,

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要使铁变为更重的元素,就需要继续往铁原子中塞入质子,原子核由强力把质子和中子绑在一起,然则强力是短程力,只在10^-15米尺度生效。
黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?   虽然强力是库仑力的100倍,然则库仑力是长程力,原子核带正电荷,这时候要把质子塞进铁原子核是异常难题的,由于质子和铁原子核会相互排挤。   由于库伦势垒太高,超重元素无法在恒星内部通过质子俘获、或者α粒子俘获的方式形成;而且铁-56举行质子俘获的平均时间,已经远远高于了恒星的寿命,于是在恒星内部,只能通过中子俘获的方式获得超重元素。   由于中子不带电,以是中子比质子更容易靠近原子核,中子被原子核中强力捉住的历程,叫做中子俘获,中子俘获又分为慢中子俘获历程(s历程)和快中子俘获历程(r历程)
黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?   大质量恒星在演化末期(红超巨星),恒星内部聚集了许多铁元素,也存在密度很高的中子流(可达每立方厘米10^8个);于是铁-56俘获一个中子变为铁-57,然后铁-57的原子核发生β衰变(释放一个高能电子),天生比铁高一号的27号元素钴 ,也就是Co-57,然后Co-57继续通过中子俘获历程,天生更重的元素。   慢中子所处温度低,中子俘获历程时间长,若是天生物的半衰期太短,天生物就会在下一次还没俘获中子前发生衰变,以是慢中子俘获历程只能天生一小部分超重元素;而快中子的俘获历程时间短,可以天生大量的超重元素。
黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?   大质量恒星在超新星发作时,能到达100亿度以上的温度,此时快中子密度极高(可达每立方厘米10^23个),于是铁元素在超新星发作中举行快中子俘获历程,可以天生大量的超重元素;或者在双中子星合并事宜中,中子溃散后不久会衰变为质子,也能形成大量的超重元素。   以,形成比铁更重的元素,就至少有三种方式:   (1)大质量恒星演化为红超巨星时,铁-56通过慢中子俘获历程,发生少量超重元素;   (2)双中子星合并事宜中大量发生;   (3)超新星发作时,通过快中子俘获历程大量发生。   我们地球上有着林林总总的元素,一些超重元素照样人体不能缺少的微量元素,好比29号铜元素,存在于肌肉和骨骼当中;33号砷元素,存在于头发和皮肤中;34号硒元素,存在于心肌和骨骼肌中。
黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?   然而这些元素,归根到底来自于至少45亿(太阳系岁数)年前,某次超新星发作或者双中子星合并事宜;我们身体中的元素,就是超级爆炸中落入太阳系的余烬灰尘;原来,我们都是“来自星星的你”。   然而这样的事宜,天天都发生在宇宙当中,在我们银河系内平均每个世纪里,会有1~2次超新星发作事宜。我们夜晚看到那条明暗相间的银河,实在就是无数次超新星发作后,残留下来的物质挡住了银河系中央的光线。
黑暗宇宙,为何核聚变到铁元素就住手了?那些重元素是怎么来的?   在红外线望远镜下,这些残骸显现出显著的放射状,或许在某处就有另外一个文明,在考察我们的太阳系。

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