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[图文]神奇地发现 地球包含宇宙中所有的元素种类

时间:2015-1-19 11:14:04   作者:奇趣网   来源:网络   阅读:2095   评论:0
内容摘要:迄今为止,还没有在太空中创造任何地球上不存在的元素。实际上,大天然操纵元素周期表中天然存在的98种元素构成了世间的一切,和边远的行星、恒星乃至星系。 每种元素都是由单一种类的原子构成。一种元素辨别于另外一种元素在于原子核中质子数的不一样。任何原子核中包含6个质子的原子都是碳元素,79个质子的是金元素,94个质子的是钚(...

[图文]神奇地发现_地球包含宇宙中所有的元素种类

迄今为止,还没有在太空中创造任何地球上不存在的元素。实际上,大天然操纵元素周期表中天然存在的98种元素构成了世间的一切,和边远的行星、恒星乃至星系。

每种元素都是由单一种类的原子构成。一种元素辨别于另外一种元素在于原子核中质子数的不一样。任何原子核中包含6个质子的原子都是碳元素,79个质子的是金元素,94个质子的是钚(人工制作的元素),1个质子的就是宇宙中含量最丰富的氢元素。元素周期表中的元素就是遵循质子数而布列的。

在宇宙大爆炸初期,只有氢、氦和少量的锂存在。随后,这些较轻的元素坍缩成了恒星,在恒星产生核聚变反响的同时,就会天生更重的元素,并在最后产生超新星爆炸的时候分布到宇宙傍边,此中包含有一向到铜、铅、汞、金这样的重元素。
在恒星制作的这些重元素傍边,大略只有2%沉积构成了行星,为生命的构成备好了原料。对碳基生命来讲,碳、氧、氮这些元素相当首要。是以,驰名的地理学家卡尔·萨根曾说:“我们都是星尘”(We are all stardust)。

假如我们从化合物的角度来看,那么地球上存在比宇宙中其它处所要丰富很多的物质种类。化合物也是纯物质,只不过是由两种或两种以上的原子构成。例如,水就是由两颗氢原子和一颗氧原子构成。迄今为止,地理学家在宇宙中大略只创造了220种化合物或分子,几近所有在地球上都能找到。

事实+:元素是从哪里来的?

太初核合成

太初核合成产生在宇宙最初的三分钟,并且是对宇宙中1H(氕)、2H(氘)、3He(氦-3)和4He(氦-4)等元素丰度比率的负责者[1]。诚然4He持续被其它的机制(像是恒星的核畅通领悟和α衰变)制作出来,并且也有可察觉到的1H持续由散裂和其它确定的放射性衰变(质子发射和中子发射)制作出来,而除3He和氘以外,很多元素在宇宙中都有很多不一样的微量同位素,经过罕有的cluster decay,在大霹雳之际被制作出来。这些元素的核子,像是7Li和7Be,信任在宇宙构成的100秒至300秒的时段内,在太初的夸克胶子海冻结构成质子和中子当前,都曾构成过。可是因为太初核合成在膨胀和冷却之前阅历的时候很短,是以没有比锂更重的元素可以天生(这段元素构成的时候是在等离子体的状况下,还没有冷到稍后可让中性元素构成的状况)。

恒星核合成

主条目:质子-质子链反响、3氦过程、碳氮氧循环和S-过程

恒星核合成产生在恒星演变过程中的恒星,经过核畅通领悟的过程负责构成从碳到钙的元素。恒星是将氢和氦畅通领悟成更重元素的核子炉,在温度比太阳低的恒星内进行质子-质子链反响,比太阳热的恒星进行碳氮氧循环。

碳也是首要的元素,因为在全体的过程中,从氦构成碳是过程的瓶颈。在所有的恒星内,碳都是由3氦过程产生的。它也是在恒星内部产生自由中子的首要元素,激发的s-过程是触及慢中子吸收制作出比铁和镍(57Fe和 62Ni)更重的元素。在这些过程构成的碳和一些其它元素也是生命的根本。

恒星核合成的产品凡是经过行星状星云或恒星风分布至宇宙内。

第一次直接证实核合成在恒星内部产生的是1950年代初期在红巨星的大气层内创造鎝[2]。因为鎝是放射性元素,而半衰期又远短于恒星的春秋,它的涌现反响出必定是在恒星的生命过程中产生的。毫无戏剧性,但更令人佩服的证据是在恒星的大气中极其大批的出格不变的元素。在汗青上很首要的事例是钡的丰度比未成长的恒星多了20至50倍,这是S-过程在恒星内部进行的证据。很多新的证实出此刻宇宙尘内同位素的构成上,这些是来自个别恒星的气体凝集而成和从陨石分别出来的固体颗粒。 星尘室宇宙尘的成分之一,测量同位素状况,可以证实使星尘凝集的恒星内部核合成的状况[3]。

核爆炸合成

主条目:R-过程、Rp-过程和超新星核合成

这一部分包含了超新星核合成和在强烈的典范超新星爆炸前一秒钟,若何由核反响制作出比铁更重的元素。在超新星爆炸的环境里,硅和镍之间的元素快速的由畅通领悟产生,并且超新星里有更进一步的核合成产生,像是R-过程,使在爆炸中开释出来的自由中子敏捷的被吸收,制作出比镍重且富含中子的同位素。这类反响产生天然界中的放射性元素,例如铀和钍,并且这些重元素都有富含中子的同位素。

Rp-过程如同中子吸收一样,触及自由质子的快速吸收,但他的角色较不确定。

爆炸核合成产生过于快速的放射性衰变,使中子的数量大为增长,是以有很多质子和中子成为偶数的丰富同位素被综合的产生,包含44Ti、48Cr、52Fe和 56Ni。这些同位素在爆炸后衰变成为各类原子量不一样的不变同位素。很多这样的衰变都伴跟着γ射线的辐射,是以能辨认出这些爆炸中被创作创造的同位素。

最明白的证据来自1987 A超新星的爆炸,在超新星1987 A爆炸时侦测到大批涌现的γ射线,证了然核合成的产生。从γ射线确认了56Co和57Co,它们的放射性半衰期寿命约为一年,证了然56Fe 和57Fe是由放射性衰变产生的,而在1969年核子地理学就做了这样的预言[4]。作为爆炸核合成的一种瞻望和证实体例,并且在计画中胜利表演着首要角色的是美国航空暨太空总署的康普顿γ射线地理台;其它爆炸核合成的证实还有星尘中来自超新星爆炸后疏散并被冷却的颗粒。星尘是宇宙尘成分的一部分,在超新星爆炸时凝集的颗粒内,放射性的44Ti含量出格的丰富[5],从超新星的星尘证实了1975年的瞻望。在这些颗粒中其它异常的同位素比例,更具体证实了爆炸核合成。

宇宙射线散裂

宇宙射线散裂宇宙射线散裂导致某些当今存在于宇宙中的轻元素构成(诚然对氘不较着)。散裂最需要负责的几近都是3He、和锂、硼、铍(有些7锂和7铍是再大霹雳时产生的)。来自于宇宙线散裂过程的结果(主如果快质子)撞击着星际物质,这些宇宙线的撞击豆割了今朝存在于宇宙中的碳、氮和氧核,并且这些核子也会被宇宙线中的质子撞击。

因为任何一个只是由两个4He核子连络成的8Be核子都是不不变的,所以硼和铍在恒星核合成过程中也没有明显的被制作出来。


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