NASA 那么第三呢？ 現(xiàn)實(shí)世界中的一切物質(zhì)都是由兩樣?xùn)|西組成的——帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子。原子間的推動(dòng)、拖拽、吸引、排斥，原子間的相互結(jié)合，由原子形成的分子、離子，以及電子的能量狀態(tài)——構(gòu)成了整個(gè)世界。 雖然我們看到的宇宙特性是由這些原子的量子、電磁特性，以及它們的成份決定的，我們也有必要了解，宇宙并不是一開始就擁有今天我們所知的所有原材料。實(shí)際上，最初的宇宙十分單調(diào)。 物質(zhì)多樣的結(jié)構(gòu)方式，以及作為基本材料的復(fù)雜分子，依賴于種類繁多的原子。我們需要的不僅是大量原子，還需要它們有各種不同的品種，它們?cè)雍藘?nèi)的質(zhì)子數(shù)量要各不相同——這也就是不同元素得以相互區(qū)別的根本原因。 我們的軀體需要碳、氮、氧、磷、鈣和鐵。地殼是由硅和大量重元素構(gòu)成的；要使地核能夠產(chǎn)出熱量，則需要元素周期表最上端的一系列最重的自然元素——釷、鐳、鈾，甚至是微量的钚。 維基共享資源 但是回到宇宙的極早期，回到人類和生命、太陽(yáng)系、行星、恒星還未出現(xiàn)的時(shí)代，世上所有的一切，只不過(guò)是一片熾熱的、電離的質(zhì)子、中子、電子之海。那時(shí)什么元素也沒(méi)有，也沒(méi)有原子和原子核——宇宙太熱了，以致于這些東西全都無(wú)法凝聚在一起。只有隨著宇宙的逐漸膨脹和冷卻，穩(wěn)定的物質(zhì)才得以出現(xiàn)。 隨著時(shí)間慢慢流逝，第一種原子核開始聚合，氫及其同位素出現(xiàn)了，隨后是氦及其同位素，以及微量的鋰和鈹。鈹通過(guò)衰變也變成了鋰。這個(gè)宇宙，以原子核的數(shù)量來(lái)統(tǒng)計(jì)，大約包含92%的氫、8%的氦和0.00000001%的鋰；如果用質(zhì)量來(lái)統(tǒng)計(jì)，則包含約75-76%的氫，24-25%的氦和0.00000007%的鋰。不管用哪種方式，都可以看出，那時(shí)的宇宙幾乎全是氫和氦。而排在第三位的是鋰。 幾十萬(wàn)年后，宇宙的溫度降低到了足以使中性的原子得以形成；幾千萬(wàn)年后，引力的坍縮又引發(fā)了恒星的出現(xiàn)。恒星內(nèi)核中的核聚變，不但照亮了宇宙，還為宇宙提供了更重的元素。 第一顆恒星誕生之時(shí)，大約是宇宙大爆炸后5000萬(wàn)至1億年，那時(shí)大量的氫開始聚變?yōu)楹ぁ５沁@些最為巨大的恒星（質(zhì)量大約是太陽(yáng)的8倍以上）消耗速度非?？?，大約只能存在幾百萬(wàn)年。一旦氫燃料耗盡，恒星的氦核開始收縮。三個(gè)氦原子核開始聚變?yōu)橐粋€(gè)碳原子核。整個(gè)宇宙中這類巨星的數(shù)量大約只有一萬(wàn)億（1012）（在首個(gè)一億年中，宇宙中大約出現(xiàn)了1022顆恒星）。此時(shí)，原本排位第三的鋰開始被其它元素超過(guò)。 那么此后排在第三的元素是否會(huì)是碳？ 因?yàn)檫@樣的聚變存在于恒星內(nèi)部洋蔥一樣的結(jié)構(gòu)層內(nèi)。氦變成碳，隨后在更高的溫度下，碳聚變成氧，氧聚變成硅和硫，硅最終變成鐵。最終，鐵無(wú)法繼續(xù)聚變，恒星內(nèi)爆，把自己變成超新星。 NASA 超新星把恒星內(nèi)部的氫、氦、碳、氧、硅和所有通過(guò)非核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的重元素奉獻(xiàn)給了宇宙。這些過(guò)程如慢中子俘獲；氦原子核和其它較重元素的聚變（產(chǎn)生了氖、鎂、氬、鈣等等）；以及快中子俘獲（產(chǎn)生了鈾等重元素）。 恒星不只有一代，今天的恒星并非由原初的氫氦構(gòu)成，而是許多前輩恒星的后代。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)槿舴侨绱?，宇宙中就不?huì)出現(xiàn)巖石行星，僅有的都會(huì)是由氫氦構(gòu)成的氣體巨人。 NASA 在幾十億年中，恒星經(jīng)歷了一代代的生死輪回，它們的成份也越來(lái)越復(fù)雜多樣?，F(xiàn)在，大質(zhì)量恒星內(nèi)核中發(fā)生的聚變不是簡(jiǎn)單的由氫變氦，而是出現(xiàn)了一種被稱碳-氮-氧循環(huán)的方式，通過(guò)這種方式，恒星積累了越來(lái)越多的碳、氧和氮。 在這種聚變方式中，當(dāng)氦聚變?yōu)樘紩r(shí)，極易因?yàn)楂@得一個(gè)額外的氦原子而變成氧（氧又會(huì)因?yàn)楂@得另一個(gè)氦原子而變成氖）。我們的太陽(yáng)在到達(dá)紅巨星階段時(shí)也可能會(huì)發(fā)生類似的事情。 太陽(yáng)（右上角最小的）、變成紅巨星后的太陽(yáng)（右上角太陽(yáng)下方，與橙巨星大角類似）和紅超巨星心宿二（最大的那個(gè)）的比較。維基百科 因此在碳成為季軍的半路上，殺出了個(gè)程咬金。當(dāng)質(zhì)量足夠大的恒星開始碳聚變時(shí)，碳幾乎會(huì)全部轉(zhuǎn)變成氧。當(dāng)恒星爆發(fā)時(shí)，氧的含量會(huì)比碳多得多。 如果我們對(duì)超新星遺跡和行星狀星云進(jìn)行觀察，就會(huì)發(fā)現(xiàn)那里氧的含量都要明顯高于碳。而且也沒(méi)有任何一種重元素的含量能夠超過(guò)氧。 因此，在當(dāng)今的宇宙中，氫和氦的含量排在第一和第二。排在第三的是氧，隨后是碳、氖、氮、鎂、硅和鐵，硫排在第十。 那么未來(lái)呢？ 在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，在宇宙的年齡至少達(dá)到當(dāng)前的數(shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)倍前，宇宙中的恒星仍將不斷地形成，直到它們的燃料全被拋入星系際空間，或被完全耗盡。那時(shí)，氦有可能將取代氫，成為宇宙中含量第一的元素；但如果宇宙中隔離的、未被消耗的氫足夠多，氫的含量仍會(huì)排在第一。在極其遙遠(yuǎn)的未來(lái)，由于未被拋出星系的物質(zhì)，會(huì)被反復(fù)地利用進(jìn)行聚變，碳和氧的含量可能會(huì)超過(guò)氦；今天排名第三和第四的元素，也許有一天會(huì)登上冠軍和亞軍的寶座。 很久以后將合并成一顆恒星的兩顆褐矮星。這類天體在經(jīng)歷了足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，最終會(huì)觸發(fā)核聚變。NASA 我們無(wú)法下確切的定論，因?yàn)橛钪嬉恢痹谧兓?。今天，氧是宇宙中含量第三的元素，但在極其遙遠(yuǎn)的未來(lái)，排名有可能上升，氫和氦的含量也有可能會(huì)下跌。 別忘了那些逝去的恒星，我們呼吸的氧，都是由它們提供的。 伊?！の鞲?/strong> 文 / 老孫 譯 “星空天文”系頭條號(hào)簽約自媒體 |
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