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  • 1 # 科技和生活

    說起氫元素,大家都不陌生,雖然我們無法看到單個的氫原子,但是我們生活中所接觸的很多東西都有氫元素,比如水,它就是由兩個氫原子和一個氧原子結合形成的水分子形成的。

    純粹的氫元素在地球上並不多,氫元素的化合物卻很多,可佔地球質量的1%左右。但是在太陽上,氫元素的含量卻佔到了75%左右,這也是為什麼太陽內部可以產生氫核聚變發光發熱的原因,另外木星和土星的氫元素含量和太陽也相差不大,只是因為它們本身的質量較小,內部的溫度和壓力還不夠高,所以沒有產生氫核聚變。

    但是在整個宇宙中,那氫元素的含量就更多了,氫元素的總質量可佔宇宙中可見物質總質量的90%左右,而氫原子的數目比其他所有元素原子的總和約大100倍,是不是多到了不可思議?

    氫元素是宇宙中佔比最多,最原始,最簡單,也是最早期的元素。為什麼宇宙中有如此之多的氫元素呢?這其實和宇宙的形成有很大的關係。

    天文物理學理論認為宇宙是由奇點大爆炸形成的,在大爆炸之後的一秒鐘內,各種基本粒子便開始形成,接著原子核中的質子和中子也開始形成,部分氫元素開始形成,但一直到30萬年後,宇宙中的溫度和壓力降到足夠低的時候,氫原子才開始大量形成,在這一時期,宇宙中所有的電子、質子、中子,幾乎都合成了氫氦鋰等幾種輕元素,其中以氫元素最多,看到了宇宙中元素總質量的90%以上,氦元素次之,兩者大約佔到了宇宙初始物質元素的98%,所以宇宙中幾乎所有的氫元素都來自於那一時期。

    但是宇宙中的氫元素,卻並非全都是由宇宙大爆炸炸出來的,因為在這種主要方式之外,氫元素還有兩種來源途徑,分別是中子星碰撞和超新星爆發,這是因為這兩種情況發生的時候,會有大量的中子物質被拋散出來,這些物質脫離中子簡併態之後,會發生貝塔衰變,一箇中子變成一個質子,一個電子,並釋放一個反中微子,其中反中微子會作為能量釋放出去,而形成的一個質子和一個電子組成的原子,恰恰就是一個氫原子,因此單個的中子很容易形成氫原子。

    相對於宇宙大爆炸之後形成的氫元素,上述這兩種途徑形成的氫元素非常少,因此宇宙中的恆星形成時所需要的氫元素大部分都是來自於宇宙早期形成的氫元素,雖然宇宙已經演變了138億年,但是宇宙中的氫元素的含量仍然非常豐富。

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