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恒星核聚变到了铁打止了,那么宇宙中的重金属元素是怎么产生的?
如题目所言,铁是恒星热核聚变所能够合成的最重元素,这当然是对于大质量恒星而言。像太阳这种质量的恒星,当生命终结时,只能从氢到氦,再聚变到碳为止,最终的碳核不会继续聚变。但更大质量的恒星在氢氦燃烧殆尽时,还可以继续燃烧碳核,产生更重的元素钠,镁等,一直到铁元素。
而铁的原子核的集合能是最大的,所以恒星聚变到铁的阶段,就不可能继续燃烧了。这时就不再有核聚变反应的张力来对抗恒星巨大的引力,大质量恒星中心的铁核就开始加速坍缩,剧烈的坍缩出现后,恒星外层的物质也会向内坠落,在这个时候就出现了超新星爆发。恒星的外壳会在超新星爆发中被抛射向宇宙,而中心的内核会以中子星或者黑洞的形式存在。
超新星大爆炸的极端高温高压状态,就会合成出被铁更重的元素,例如黄金等重金属元素,从而抛向太空,这些超新星的各种抛射物可能成为新一代恒星系的原料,形成新的恒星系统就像我们现在的太阳,地球以及生命。
说出来你可能不信,我们常见的金、银、铜等重金属,都来源于超新星爆发!
铁,以及铁之前的元素,例如碳、氧、钙等元素,都来源于恒星的核聚变,在这个过程中,原子序数低的元素会结合称原子序数高的元素,同时产生能量。比如氢就可以结合成氦,同时产生能量。
但这个过程并不能一直持续下去,一旦元素的序数超过了铁,核聚变就无法产生能量了。相反的,反而会吸收能量。一个反应如果吸收能量,只要没有外界的能量输入,那就是无法持续的。
所以铁之后的元素都不是靠核聚变产生的,它们,靠的是超新星爆发。
超新星爆发的主要能量,通常来自于引力。恒星自身的核反应无法支撑自己的质量之后,就会开始坍缩。同时引力势能转化为巨大的热能,引发超新星爆发。
在这个过程中,吸热的核聚变得以发生,从而产生了我们今天熟悉的铜、金等重金属。
由于铁的核聚变反应会消耗恒星的能量,引发恒星内部失衡,进而无法再继续进行核聚变合成更重的元素。就目前已知的情况来看,超铁元素的来源有两种。
第一种是大质量恒星的超新星爆发。当铁的核聚变引发恒星爆炸之后,将会产生相当多的自由中子。通过慢和快中子过程,铁原子能够俘获自由中子,进而不断合成出宇宙中自然存在的各种超铁元素,从第27号元素钴一直到第94号元素钚。通过核聚变合成的重元素以及通过铁原子俘获中子合成的超铁元素将会随着超新爆发而释放到太空中,并成为新的行星系统的原料,这为生命的出现提供了重要的基础,组成地球生命的重元素都是来自太阳系形成之前的某颗超新星。
第二种是两颗中子星的合并。根据去年发现的首例中子星引力波事件,中子星碰撞产生的碎片也会演变为重元素,比如金、铂。
恒星核聚变到铁的原因,是因为铁原子核里质子之间、中子之间、以及质子和中子之间的结合能是所有原子核中最大的,也就是说比铁原子核小的原子核,每增加一个质子或中子都是释放能量的,聚变到铁原子核之后,每增加一个质子或中子,都需要吸收能量。那么想生成比铁重的元素,也就是比铁原子核重的原子核,就需要外界输入大量能量。
之前认为这些重元素都来自于红巨星和超新星爆发,实际上通过核物理计算发现,小质量恒星的红巨星阶段原子核俘获中子是大部分碳和氮以及小部分较重原子核的来源(图中绿色部分),而大质量恒星的超新星爆发阶段的原子核俘获中子是大部分较轻元素的来源(图中黄色部分),剩下的部分来自白矮星爆发(图中银灰色部分)。
但核物理的计算同时发现,以上过程不会产生那些较重的放射性元素的原子核,宇宙中只有中子星合并这种罕见的高能事件才能生成这些原子核(图中紫色部分)。由于中子星合并一直没有直接的观测结果,直到去年这还只是一个假说,但是去年夏天LIGO观测到的引力波事件GW170817,直接证明了中子星合并事件的存在,为这个问题画上了圆满的句号。
恒星核聚变确实是到铁就结束了。
宇宙中的重元素比如金银等,都是超新星爆发的时候产生的。
一些比较大的恒星,在演化的晚期,热量已经不够维持星体的引力, 于是会朝内坍塌,在坍塌的过程中物质结构会炸裂。这个过程因为有巨大的引力势能转化为热能,温度也很高,所以发生了超新星爆发。这个爆发的瞬间就是会形成重金属元素。
这是目前的主流观点。
那么,恒星超新星爆发以后的残渣是什么呢?答案是中子星。中子星就已经不是正常的物质了,那些原子全部被引力压瘪了。因此,你可以认为金银等重金属元素是中子星产生过程中的逃命者。这些逃命者保持着原子结构,只不过成为了重金属原子。
当然了,不排除有别的物质机制可以产生重金属元素。尤其是在宇宙早期的时候,温度非常高,在这个大熔炉里,也许也能产生出重金属原子的原子核——当然这个情况很难发生,但也有小概率的。
氢氦锂铍硼,碳氮氧氟氖,钠镁铝硅磷……”对于大多数人而言,化学“元素周期表”肯定不陌生。然而,宇宙中除了氢和氦之外,其他重元素是如何形成的却还是一个未解之谜。
目前科学界普遍认为,一些重元素由氢与氦通过恒星内部核聚变反应产生。而恒星爆发成为超新星之后,又形成了另外一些重元素。然而,最近发表在《物理评论快报》上的一项新理论模型表明,微型黑洞从其内部毁灭中子星,可能也会制造出重元素,其中包括贵重的黄金。除此之外,对于重元素的来源还有一些其他推测。
重元素诞生于超新星爆发
大质量恒星核心核聚变产生了铁及其之前的重元素之后,恒星会剧烈坍缩形成超新星爆发,恒星中的铁元素在高温高压下,与自由中子、电子、质子等发生反应,产生铀之前的所有重元素。
目前科学界主流观点认为,在宇宙大爆炸之后的一段时期内,空间中充满了氢和氦这样最常见的轻元素,而宇宙中的一部分重元素来自于恒星内部的核聚变。
科学家指出,在极高的温度和压力下原子核外的电子可以摆脱原子核的束缚,使得两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起,发生原子核聚合作用,生成新的质量更重的原子核。这就是所谓的核聚变。而铁以前的重元素就都是在恒星的核心,靠核聚变产生的。
恒星诞生初期能量全部来源于氢聚变成氦。恒星对抗自身引力坍缩的能量来源就是聚变。当大质量的恒星上的氢燃烧完之后,会在自身引力作用下发生坍缩,这一过程会使得核心温度和压力大幅升高,然后达到发生氦聚变的条件,生成碳和氧。当氦逐渐消耗,恒星又开始坍缩,温度和压力进一步升高,碳、氧就聚变生成硅。然后同理,硅聚变生成铁,由于铁聚变产生的能量得不偿失,于是聚变的链条到铁就停止了。此时恒星最外到最里层依次是氢、氦、碳、硅、铁。
但恒星的演化到了这步并没有完全停止。由于恒星的高温不足以“烹调”出铁以后的元素,如铜、镍、锌、铀等。要想促使这些重元素的诞生,就需要一个更大的熔炉,即超新星爆发。
科学家指出,大质量恒星在产生铁核心之后,由于聚变反应的停止,核心会发生剧烈的引力坍缩,形成超新星爆发,铁元素会在极高的温度和压力下,与自由中子、自由电子、质子及其他原子核发生反应,产生出92号元素铀之前的所有重元素,并随着超新星爆发将它们扩散到宇宙空间中去。
两颗中子星发生碰撞,一部分物质会被抛入太空,这些物质中富含中子,很多中子射向“种子核子”,这样便会形成原子量越来越大的元素。
虽然大多数科学家认为,从铁到铀,自然界稳定存在的重元素中有约半数是大质量恒星在生命终结阶段发生超新星爆发时生成的。但也有科学家给出了不同的可能性,他们指出,这些重元素的起源可能是一种更加狂暴而罕见的机制——密度超高的中子星之间发生的相撞。
中子星是恒星衰亡并发生超新星爆发之后残留的遗骸,其密度极高。直径数百公里的一颗中子星,质量可以和太阳一样甚至更高。在地球上,如果你拿着一勺中子星物质,那么这一勺子物质的重量将达到50亿吨。
尽管绝大部分中子星都孑然一身,但也会有两颗中子星组成双星系统,它们可以在一起相互绕转数十亿年,但是在这一过程中会逐渐相互靠近,直到有一天,这两颗中子星终于陷入毁灭性的相撞。
美国哈佛史密松天体物理中心的科学家艾多·贝格说,这时候两颗中子星的绝大部分物质会发生进一步坍缩,形成黑洞,而另外一部分物质会被抛入太空。这些物质中富含中子,这样便会形成原子量越来越大的元素。美国加州大学伯克利分校天体物理学家丹尼尔·卡森解释说,你需要很多中子并将它们射向那些“种子核子”,才能合成那么重的元素,比如金、铅,或者铂。这就像是 汽车 挡泥板上不断累积的泥浆一样。
科学家得出这一结论,缘于一次伽马射线暴。这次伽马射线暴距离地球约39亿光年,虽然持续时间不到0.2秒,但其红外线余晖却持续数天时间。科学家将观测的结果与理论模型进行对比之后,得出结论认为这是大量重金属元素形成之后产生的放射性辉光,而这些重元素是在一次中子星的撞击事件中产生的。
卡森对这次碰撞做了粗略的估算,认为这次事件中约产生了相当于20倍地球质量的黄金。这一数量的黄金足以装满100万亿个油桶。而且这次撞击事件中所产生的铂金数量甚至比产生的黄金还多7倍。
此外,科学家还在一个矮星系——网罟座二号9个最亮的恒星中发现了7个包含许多重元素的恒星,这比任何矮星系上发现的都要多。科学家表示,这些恒星上的重元素比其他相似星系上观察到的多了近100倍。而在一个矮星系上发现这么多重元素证明了网罟座一定发生过比超新星爆发还要罕见的事件,比如中子星撞击,因为大多数超新星爆发产生的重元素也远远达不到网罟座上那些重元素的惊人数量。
黑洞毁灭中子星成为重元素来源
原生黑洞从内部消耗中子星,使中子星收缩自转变快,最终导致一些部分甩离本体,这些富含中子的分离部分,很可能就是重元素的来源。
还有研究人员猜测,宇宙中的重元素(如金、银、铂和铀)可能是早期宇宙诞生时在黑洞的帮助下形成的。
在宇宙大爆炸时,其异乎寻常的力量会把一些物质挤压得非常紧密,形成了“原生黑洞”。这种黑洞并不是由恒星坍缩而形成的。理论上,原生黑洞比普通黑洞更小,甚至小到肉眼无法看到。
在这项最新研究中,研究人员认为原生黑洞会与中子星发生碰撞,中子星几乎完全是由中子构成,并且非常密集,原生黑洞将沉入中子星中心区域,从其内部吞噬它们。美国加州大学洛杉矶分校理论物理学家亚历山大·库先科认为,当这种情况发生时,黑洞会从内部不断消耗掉中子星,这个过程可能会持续1万年左右。之后,中子星随着自身的收缩,自转会变得越来越快,最终导致一些小的部分被甩离本体。而这些富含中子的分离部分,很可能就是重元素的来源。
然而,库先科同时表示,中子星捕获黑洞的可能性非常低,这种低概率与只有少量星系富含重元素的观察结果一致。形成于宇宙早期的黑洞与中子星相撞产生重元素的理论也解释了银河系中心区域中子星数量稀少的问题。据了解,今年晚些时候,库先科和同事们将与普林斯顿大学的科学家合作,对“中子星—黑洞”相互作用产生重元素的过程进行计算机模拟,并希望能通过将模拟结果与临近星系中重元素的观测结果进行比较,来判断地球上存在的金、铂和铀是否来源于早期宇宙中的黑洞
答:比铁重的原子,可以经历超新星等其他方式生成。
原子平均核子质量中,铁的平均核子质量是最低的。
意味着铁-56是最稳定的原子:
(1)比铁小的原子可以发生聚变,同时放出巨大的能量;
(2)比铁大的原子,可以发生裂变,也会放出巨大的能量;
(3)但是铁原子发生融合生成更重的原子时,就会吸收大量的能量;
恒星形成与演化理论指出,铁原子的聚合反应需要60亿度以上的高温,而恒星内部最高也只有几亿度,所以恒星内部的温度,不足以让铁原子发生聚合反应,恒星内部的核聚变到铁为止。
但是,大质量恒星在演化末期,有可能发生超新星爆炸,超新星爆炸的瞬间,在内部形成数十亿度的高温,就能达到铁原子聚变的条件,从而生成更重的元素。
有个说法:我们每个人身体中储存的重元素,都来源于地球形成前的某次超新星爆炸。
另外,除了超新星爆炸外,中子星合并等等剧烈的天文事件,也有可能达到铁原子聚变的条件。
到铁为止,那是大质量恒星的专利,像咱们太阳还没有机会到铁,到碳与氧就完事了。
那么宇宙中金银等重元素是如何来的呢?
铁元素以上可以通过大质量恒星的核聚变生成。在宇宙大爆炸初期原初核合成阶段,主要生成氢、氦、锂(少量)较轻的原子核。而像铍、硼、锂等轻原子核可以通过宇宙射线引起的聚变反应合成。
而硼之后的元素则是由恒星及其恒星事件来合成。
诸如:低质量恒星如太阳,可以演化到白矮星阶段,最终生成碳与氧构成的白矮星,当然如果恒星质量大一点,白矮星就会由氧、氖,镁元素构成。
大质量恒星(一般指8倍以上太阳质量的恒星),则会进行超新星爆发,超新星爆发是重元素的加工厂,宇宙中暴烈的天文事件,可以生成金银铂汞铅等等重元素。
(超新星爆发将会抛散出大量重元素。)
另外例如中子星的合并,黑洞的碰撞,中子星与黑洞的碰撞也会抛散出重元素。
所以,重元素的生成离不开高温与高压,像黄金,它在宇宙中的含量是很稀少的,这就是为什么各个国家都以黄金来做储备,而不用价钱更加昂贵的珠宝来做储备的原因了。
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首先要明白一点,核聚变发生有很重要的两个前提,一是恒星内部温度压力足够高,而是压力也不能太高,不然整颗恒星就会快速向坍缩,也就是说,核聚变产生的向外推力需要与恒星本身产生向外万有引力达到一种平衡!
这种严格的要求也说明了为什么恒星有最小和最大质量员要求,质量太小就形成不了恒星,因为内部温度压力达不到,比如说木星。质量太大也不行,因为万有引力太大,肯定会向内塌陷!
正是因为恒星的质量有限制,造成了核聚变并不能一直持续下去,通常情况下聚变到铁元素就停止了。
而一旦没有了核聚变,核聚变与万有引力之间的平衡就被打破了,万有引力就开始占据主导地位,整颗恒星开始急剧向内塌陷,造成的结果是温度压力等极速上升,到了一个临界值发生猛烈的爆炸,一颗超新星诞生了!
超新星爆炸瞬间产生的能量是超乎想象的,亮度极高,甚至能超过整个星系的亮度。同时,爆炸的瞬间由于温度压力非常高,铁元素也不得不开始聚合在一起,最后形成了我们常见的重元素,随着超新星的爆炸喷发到宇宙空间!
不过只有质量较大的恒星才会最终形成超新星,而向太阳这么大小的恒星不会形成超新星,最后只能形成白矮星!超新星爆发的结果除了形成更重的元素,留下的内核就是中子星或者黑洞!
核聚变到铁为止的说法是因为横恒星内部的聚变过程只能到铁元素,其根本原因是因为聚变到铁元素之后会吸收能量而不像之前的轻元素聚变释放能量。这也是为什么一个恒星开始生成铁元素的时候就意味着恒星的寿命开始走向尽头。
当恒星生成铁元素之后,其聚变过程会导致能量被聚变过程吸收,随着能量的缺失,恒星无法再维持其聚变过程,从而恒星上的物质开始无法抵抗自身的重力影响,然后星球崩溃,发生超新星爆炸。
绝大多数超过铁元素的物质都来自于超新星爆炸产生的高能引起的聚变反应,也随着超新星爆炸也让这些重核元素能够到达其他区域。
所以说,核聚变到铁为止的说法不正确,准确的说,恒星正常周期时内部的核聚变到铁元素为止。目前人工可以合成的元素质量已经远超过铁元素了很多了,在粒子对撞过程中需要消耗极大的能量。
地球上的金子从哪来?
不管是地球上的黄金,还是宇宙中其它星球上的黄金,都来源于超新星爆发。而人类观测到的超新星爆发也没几次,因此黄金在宇宙中也不是特别多的。
恒星等超大质量星体因为引力极大,不断地压缩原子,原子核之间发生聚变反应。现代科学研究发现,核聚变在形成铁之后,再发生聚变反应就需要吸收巨大的能量。恒星(质量8倍于太阳或以上的恒星)在聚变形成铁后会变得不稳定,超新星爆发。
超新星爆发过程中释放的能量能够补充铁核聚变所需的能量,于是比铁更重的元素原子核就被制造了出来,并被超新星爆发的巨大推力送往周边宇宙空间。因为引力的关系,宇宙中的尘埃、陨石等相互吸引,又形成新的天体,那些质量较大的原子也融进了各种星球。
因为生成条件比较苛刻,在宇宙中黄金也不算太多,超新星爆发目前人类也没观测到多少,比较著名的是SN1054,在宋朝就被我国的史官记录了下来。不过科学家也在宇宙中观测到几乎全部由黄金构成的星球。黄灿灿的星球,简直闪瞎眼。
虽然黄金很贵重,但地球上其实并不缺黄金,如果将地球上的黄金平均分配给每个人的话,那么全球70多亿人每人都可以分得近1万吨黄金,想一想1万吨是什么概念?马路上行驶的小 汽车 通常还都不到两吨,至少5000辆小 汽车 重量的黄金该多么的震撼,像我这样现在连一克都没有的人真是不敢想象啊。
不过地球上这么多黄金,并非是地球的制造,地球虽然个头很大,但是地球并没有能力创造任何元素,整个地球上只有在科学家的实验室中才有可能有元素被创造出来,所以地球上的黄金基本都来自于宇宙之中。
那么黄金到底来自哪里呢?基本只有两个手段可以创造黄金,一个是超新星爆发,一个是中子星碰撞,当超过太阳八倍质量的恒星内部的核聚变进行的铁元素的时候,就会发生超新星爆发,这时其内部可以产生高达1000亿度的高温,一瞬间就可以迅速合成很多铁以上的元素,黄金就是其中之一,产生之后黄金元素被超新星爆发的强大力量抛洒到宇宙空间中,通过中子衰变等手段形成固态的黄金,他们在星际空间漫游的过程中会和尘埃石块儿等结合成小行星,来到地球附近的时候被地球引力捕获降落到地球上,这就是地球上黄金的来源。
不过天文学家们认为超新星爆发产生的黄金量比较少,黄金更多的产生与中子星碰撞之时,因为中子星碰撞时可以产生高达3500亿度的温度,大量的重元素都得以合成,黄金铂金以及一些稀有的重元素也都是这样形成的,之后它们被相撞的中子星抛洒出来,以上面所讲的同样的方式来到地球上,这也是地球上黄金最重要的来源。
地质学家们认为地球上可能存在着50万亿吨的黄金,那么为什么地球的黄金那么稀少呢?这是因为地球上的黄金元素大都来自于地球开始形成之时,而由于金元素属于重元素,所以它们在地球还是熔岩状态的时候就开始缓慢的下沉,渐渐沉到了地核之中,所以地球上90%左右的黄金都在地核中,剩下的大部分都在地幔中,地壳中据说连1‰都不到,易开采的黄金量就更少了,这就是地球上黄金之所以这么贵重的原因。
黄金是一种稀有金属,既是地球人类 社会 财富的象征,又在 科技 工业和 社会 生活中起着重要作用。
地球的黄金总储量大约有48亿吨,主要储存在地核和地幔中,其中地核内约有47亿吨,地幔中约有8600万吨。这些黄金凭人类目前的技术还是既不可望又不可及的,因此只有存在于地壳中的1400万吨可供人类开采。
目前已经开采出来世界黄金储存量为16.3万吨,其中首饰用量8.36万吨,个人投资量2.73万吨,世界各国官方储备总量2.87万吨,工业用量1.97万吨。目前确认有能力开采的地下黄金储量只有2.6万吨了,所以那理论上的一千多万吨依然是望梅止渴。
可见黄金是真正的稀有啊,如果按照已经开采出来的总量16.3万吨计算,世界上按70亿人口(现在实际约有78亿人口了)计算,人均才能分配到0.023公斤,也就是23克。大家看看自己拥有多少,超过平均数了吧?那就是富翁了啊,哈哈~
地球上黄金储量并不少,但地球本身并不会产生黄金,主要是天上掉馅饼掉下来的。
黄金的生成需要很特殊的条件,所以黄金是不会在地球上自己出现的,而是宇宙发展到一定阶段,在较为极端情况下才能产生。
这个极端情况一是超新星爆炸,二是中子星相撞,才会有大量黄金抛散在宇宙中。
2017年,科学界观测到据我们1.3亿光年发生的两颗中子星相撞事件,就向太空抛洒了那么一点点金子碎屑,这点碎屑据说有300个地球的质量。
在一百多亿年的宇宙变迁中,这种相撞和超新星爆炸事件并不少,飘飘洒洒的黄金在宇宙空间流浪,被一个个星球引力所捕获,地球也参与其中,分得了一杯羹,这就是小行星和陨石带来的财富。
虽然地球上的黄金都是来自于太空,但来源有几个。
一是地球诞生过程中裹挟进来的。 这主要是太阳系形成的星云是一个再生星云,所谓再生星云就是非宇宙大爆炸的原始星云,而是上一代恒星死亡时发生的超新星大爆炸残留的星云。
这种星云物质中本来就含有黄金,在太阳形成后,地球等行星就是把这些漏网的残渣裹挟起来,由小到大的不断吸积,滚雪球一样就形成了行星,里面就包含了一些黄金。
二是地球形成初期小行星撞击带来的。 英国布里斯托尔大学的研究人员对格陵兰岛等地的古老岩石研究发现,地球形成初期,也就是42-44亿年前,地球曾经遭受了一场长达两亿年的黄金陨石雨轰击,这些陨石富含黄金、铂金、钨和铅元素,这种长时间持续不断的倾泻,足足可以为当时的地球铺上4米厚一层。
那时的地球还处于熔融状态,重金属就逐渐的沉积到了地核。
三是持续不断的陨石带来的黄金。 地球几乎每天都有无数小流星划过大气层,一些没烧完的小行星碎片落到地表就成了陨石。每天这样的小陨石碎片都有成千上万吨,一年都有几十万吨到数百万吨,这里面不乏有一些贵重金属,其中黄金也有一些。一些高品位的狗头金就来源于此。
综上所述,可以看出地球上的黄金主要是天上掉下来的,看来天上掉馅饼的事情并非妄言。
由此有人就做起了守株待兔的美梦,说如果天上有一颗贵金属小行星,就把它拽回来,就发财了。不过我们现在还没有这么厉害的技术。
但过于贪心,往往会因小失大。一个数公里直径的纯金小行星路过地球,虽然财富无极限,但真的砸了下来,就不是馅饼了,而是毁灭。
值吗?或许人为财死,鸟为食亡,被金子砸中,死了都值?啊呸~
地球上的黄金来源于宇宙,金元素是太空剧烈活动时产生 。
即使是太阳这样的恒星也无法产生黄金这样的重元素。天文学家认为 黄金的产生是超新星爆发和中子星碰撞等极端天文条件下才会生成的 。
当超新星爆发,或者中子星碰撞合并发生时,这些剧烈的天文活动下产生了特殊的物理条件比如极端的高温高压,这时,原子序数较小的元素,就有机会聚变成重元素,金元素就是这么产生的。随着这些剧烈的活动,所生成的黄金会被喷发或者抛射到宇宙中去。
在最近的中子星引力波观察中,曾观测到中子星碰撞后在宇宙中,如烟花般地释放物质,其中有含有大量的黄金,铂金等重金属元素。这些被释放出来的物质,在宇宙中飘荡,不知道什么时候沉积到地球表面,经过几十亿年的积累,就成了现在地球金矿的来源。
我们现在可以人工合成钻石,但黄金确实不可再生的。虽然现在宇宙中时时刻刻有超新星在爆发,我们也不知道什么时候还会有黄金来到地球。
但太空中很多小行星确实富含黄金等重金属物质。在地球资源紧张的当下,最近几十年内,到太空中寻找资源肯定是必然要实行的,对一些近地小行星的勘探和开采,也是很多太空计划的重要组成部分。
最近几十年内,我们应该可以看到这样的景象,各种采矿飞船在地球附近忙碌的运输,在小行星上会有大量人工智能机器人从事开采和勘测功能。
那时的金价不知道多少呢,还会有这么多的大妈去炒黄金吗?
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首先黄金是一种贵金属,这种贵金属非常的稀少,以至于人们从很早的时候,就将黄金赋予了货币的属性,那么黄金既然带有一个金字,它肯定是由金元素组成的,但金元素又属于重元素,而重元素的形成条件,地球上是肯定没有的,所以答案就很清楚了,黄金的形成的原因,还是来源于宇宙当中。
其实我们这个宇宙在刚刚形成的时候,大多数的元素都是氢,当然还有一部分的氦,那么其他的各种元素,都是在这两种元素的基础上,慢慢演化出来的,而演化的主体方式就是恒星,恒星之所以会发光发热,是因为恒星的内部,在进行核聚变的反应,而核聚变正是将轻元素变成重元素的过程。
那么一般来说,当一颗恒星聚变到铁元素的时候,这颗恒星就走到了生命的尽头,因为随着时间推移,恒星内部的铁元素会越来越多,而铁元素又比较的特殊,它在自然的条件下,是无法继续进行聚变的,因为铁元素进行聚变反应的时候,不仅不会释放能量,反而需要吸收能量才行。
所以当一颗恒星无法再释放能量的时候,核聚变的反应就会逐渐的停止,恒星内部的铁会越来越多,最终形成一个铁核,这个时候恒星就会向内部进行收缩,但这些收缩的部分,终究会撞击在恒星内部的铁核上,然后形成剧烈的反弹,那么这个时候,超新星爆发就出现了。
那么由于超新星爆发产生了巨大的能量,导致了铁可以继续合成更重的元素,例如钛,铜,铅,以及银和金等等,所以地球上的黄金,大概就是这么出现的,超新星爆发会对外抛射出大量的物质,这些物质又慢慢的形成了其他的宇宙天体,这些天体就包括我们地球在内。
最后超新星在爆发之后,会形成两个结果,一个是变成一颗中子星,另外一个就是变成黑洞,那么这二者的区别就在于恒星的质量,如果一颗恒星的质量大于太阳的25倍以上,这颗恒星最后就可能变成一颗黑洞,所以我们这个宇宙,就是这么的神奇。
地球上的金元素来自星星。
不管是沉甸甸的金条也好,闪闪发光的金项链也好,它们都含有金元素,金元素含量越高就越值钱,而这些金元素并不是在地球上制造的,而是由星星“变”出来的。
古代的时候有不少关于点金石和炼金术的故事,现在我们知道了,要想把一种元素变成另一种,需要改变它的原子核,比如1个质子1个中子组成了氢原子核,79个质子和118个中子组成了金原子核。
宇宙中所有的重元素都是合成出来的,叫做核合成。
核合成的方法很多,有一种方法是一个原子核快速吸收一系列的中子并达到稳定状态,于是新的元素被合成出来,比如金。
这一过程需要非常极端的物理条件,科学家最初提出一些超新星爆发可以提供这种极端条件,从而合成金元素。
现在,研究人员发现中子星合并也可以合成 大量 金元素。
“大量"是什么意思呢?最近发表的一项研究显示*,去年八月那次著名的双中子星合并事件可能产生了 3-13个地球质量的金元素 。假如一克黄金300元,1个地球质量大概是6千亿亿亿克,那么3个地球质量的金子就有540万亿亿亿元。
这些来自星星的金元素像尘埃一样弥散在宇宙中,等待新的机会。
当时机成熟的时候,引力会把金和其他元素聚集到一起,形成恒星、行星、小行星、彗星等大大小小的天体。引力还会让小天体(小行星、彗星等)飞向大的天体(比如行星、恒星),甚至撞到大天体上。
所以地球上的金元素,有一些是地球形成的时候就在里面了,还有一些是撞到地球上的小天体所带来的;不管哪一种,都是很早很早之前,由一些星星在极端物理条件下合成的。
*文献请参考:
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天文学家卡尔·萨根曾经有过一句名言叫做:“我们都是来自星尘”。事实上,地球上的金也不例外,它们也都是来自“星尘”。
在数十亿年前,包括地球、太阳在内的所有太阳系天体以及地球生命都曾是一团星云——太阳星云。这团星云中的98%元素是来自宇宙最初合成的氢和氦(它们的含量之比为3:1),另外2%则是来自太阳星云附近的上一代大质量恒星,这就是地球上的金的来源。
宇宙最初并没有条件合成出重元素,直到后来大质量恒星诞生之后,通过恒星内部的核聚变反应,重元素才得以合成,这个过程能够持续到第26号元素铁。此后,由于内部失衡将会引发超新星爆发。在此期间,铁原子核会通过俘获中子继续合成超铁元素,其中就包括第79号元素金。
随着超新星的爆发,这些重元素被抛洒到太空中。其中一部分进入太阳星云中,并引发太阳星云坍缩形成了太阳系的各种天体以及后来的地球生命。因此,包括地球上的金元素以及人体身上除了氢之外的元素,全都是来自几十亿年前的上一代大质量恒星。
不过,最近的研究显示,两颗中子星在合并过程中也会大量制造出金等重元素。
银河系某处有一个鲜为人知的悬臂,悬臂的尽头的某个角落有个不起眼的黄色恒星,离这个恒星大约一亿五千万公里的轨道上有个更加不起眼的蓝绿色小行星。上面有一群无毛两足猿类,他们中的很多成员花了很大功夫操心一个十分俗气的问题: 金子是从哪里来的?
印度人相信金子是从天上掉下来的,是太阳神印蒂的眼泪或者是汗水;亚里士多德认为金子是硬化的水,当阳光穿透地表深入地下时就会发生这样的转变;牛顿抄录过一个用哲人石创造金子的配方……
20世纪的大多数时间里,天体物理学家认为自己已经找到了这个问题的答案:金子,正如所有重元素一样,是在超新星爆炸中产生的,在这个高温高压的熔炉里,较轻的元素被强制聚变,才有了金子这个质子数高达79的怪物。 但是随着超新星计算机模型越来越好,大家发现一个问题——超新星产生金这个级别元素的能力,似乎并不比 历史 上的炼金术士好多少,宇宙中似乎应该另外有一个更加刺激的天体现象负责产生这些最重的元素。
在过去的几年里,天文学家盯上了“双中子星合并”这样一个现象,根据计算,当两个中子星撞在一起的时候,应该既足以产生金又能把它抛出去,让其中微乎其微的一部分最终落到地球上。不过有一个问题就是长期以来我们并没有直接观测到两颗中子星撞在一起,没有直接的观测结果,那就是纸上谈兵。
但是在2017年,全世界多个天文学机构联合宣布他们观测到了一个中子星合并的现象,我们不仅观测到了1.3亿光年之外的一例中子星合并事件,第一次人类不仅听到了引力波的声音,更看到了引力波的起源。 中子星是宇宙中密度最大的天体,可以把它理解成一个山一样大的原子核。 宇宙诞生不久之后就有了质子和中子,随之差不多自发地产生了氢、氦、锂,恒星的诞生令这三个元素可以进一步聚变产生能量,但是这个聚变到了铁就不得不停止,因为铁是最稳定的元素,所以呢,如果想要产生更重的元素,一个很简单的方法就是往里面拼命扔中子,超新星爆炸经常会留下一个中子星,而中子星除了外表的固态壳和最里面的内核之外,剩下的几乎全部是中子,所以如果能够让这些取之不尽用之不竭的中子喷射出来撞击到铁之类的原子的话,那么金子就要多少有多少。
根据模型计算,上面所说的那一次碰撞,应该能产生300个地球那么重的黄金,地球上的绝大多数贵金属应该都是很久很久之前通过这样的过程来的。
首先毫无疑问,黄金肯定是金元素构成的,但我们这个宇宙刚刚诞生的时候,只存在两种元素,一个是氢,一个是氦,而后出现的元素,都是基于这两种元素转化而来的,那么金元素同样也是如此,但氢元素和氦元素是怎么变成金元素的呢?答案是核聚变。
一般来说,恒星的核聚变到铁就会停止,铁元素是第26号元素,而金元素则是第79号元素,以这个理论来看,恒星的核聚变根本产生不了金元素,那么一般的恒星确实是这样的,它们在进行热核反应的时候,内部的铁会越来越多,这些恒星发展到最后,可以说就是一个铁球。
但如果说某个恒星的质量太大,这些恒星在走到生命尽头时,就会发生剧烈的超新星爆炸,超新星爆炸产生的作用力,就可以生成铁元素后面的各种元素,而金元素就是其中之一,但超新星爆炸产生的金元素,远比普通恒星产生铁元素要少的多,所以这也是为什么黄金要比铁稀少。(中子星碰撞也会产生金元素)
最后基于地球上存在的金矿,我们大概能猜到一个有趣的事,可能在宇宙诞生没多久之后,宇宙的第一代恒星就诞生了,这些恒星走到生命的尽头之后,产生了超新星爆炸等一系列的天文现象,超新星产生的各种元素散落在宇宙中,然后随着时间的推移,它们又逐渐聚集在一起,最终形成了一颗又一颗的星球。
答:来自于太阳系形成前的,某次超新星爆发或者中子星合并事件。
很多元素是无法通过衰变或者化学反应形成的,金元素属于贵重金属,原子序号79,化学性质非常稳定,宇宙中能大量形成金元素的事件并不多。
根据恒星形成与演化理论,在恒星内部进行的核聚变反应,到铁元素就停止了,因为铁原子的平均核子质量是最低的。
比铁更高的元素,需要更为极端的环境才能形成,比如超新星爆炸、中子星合并等事件。
据估计,地球上的黄金总含量,大约60万亿吨;但是绝大部分都存在于地核,无法开采利用,真正在地壳中能被人类开采利用的,只有20多万吨,目前已经开采了19万吨。
地球上如此多的金元素,当然不可能自发形成,最大的可能,就是在太阳系形成之前,某次超新星爆发或者中子星合并事件,然后合成了大量的金元素,最终成为了形成地球的原始材料,并保留至今。
除了大自然的极端事件形成金元素外,目前在实验室里,科学家也可以通过高能粒子加速器,利用原子撞击的办法得到金元素,但合成效率非常低,还带有随机性,只能用于科学研究。
金银是来自超新星爆炸的产物吗?
你误会了,不是超新星爆炸影响了地球上的物质,而是地球上的物质就源自超新星爆炸,当一颗超大质量恒星走向灭亡形成超新星后会发生十分激烈的爆炸,像铁之类的常见的金属是超新星爆炸前就在里面先形成的,爆炸时金属和其它物质向宇宙四周发散,像金这种更重的金属是更大的超新星爆炸的瞬间形成的,因为更大质量的超新星爆炸时温度更高更激烈速度更快所以导致金只能产生少量就结束了,这也是为何金比铁稀少的原因,另一个原因是巨型恒星本来就比较少,因为灭亡更快如今更是越来越少,所以更大的超新星也会少,金子当然就更少产生了
黄金怎么形成的啊?
黄金根据科学家推测生成于超新星爆炸。
黄金不仅在地球上罕见,在宇宙中同样罕见。科学家此前已知道,恒星内部的聚变反应可产生碳与氧等轻元素,却无法产生金这样的重元素。
根据现有理论,在地球形成初期,熔化状态的铁逐渐向球心位置下沉,由此形成地核。在这个过程中,绝大多数的贵金属,也被带入地核,地表中的贵金属含量应该极其稀少,远低于今天的开采量。
黄金储量
据科学家的测量和估算,地球的黄金总储量大约有48亿吨,而分布在地核内的约有47亿吨,地幔8600万吨,而分布到地壳的只有不到1亿吨。地球上99%以上的金进入地核。
金的这种分布是地球长期演化过程中形成的。地球发展早期阶段形成的地壳其金的丰度较高,因此,大体上能代表早期残存地壳组成的太古宙绿岩带,尤其是镁铁质和超镁铁质火山岩组合,金丰度值高于地壳各类岩石,可能成为金矿床的最早的“矿源层”。
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