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1 # 講科學堂
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2 # 心繫宇宙天地寬
地球以及太陽系中所有天體上的鐵,都是來自太陽系產生前的某一顆恆星的創造。
但是並不是所有恆星都能創造出鐵元素。
這跟恆星的質量有關。
恆星的質量決定了它的壽命,以及不同的演化道路。
以太陽的質量,即使它演化到達終點,也不會透過核聚變產生鐵元素。
所以你提出的問題本身就存在問題。
低質量恆星的演化,到氦元素就停止了,它的核心溫度與壓力都達不到氦燃燒的條件,因此也就不會產生比氦更重的元素。
只有超過太陽質量10倍以上的大質量恆星,才會在演化過程中形成包括鐵核在內的多層結構,透過超新星爆發將這些元素拋灑到太空。
我們的太陽系產生之前,就吸納了這樣一個超新星的遺產。
這裡不繼續深入低質量恆星與大質量恆星的演變過程,只說類似太陽的中等質量恆星的演變過程:
太陽在主序帶上的演化階段已經到了中年期,在這個階段的核聚變是在核心將氫聚變成氦。每秒中有超過400萬噸的物質在太陽的核心轉化成能量,產生中微子和太陽輻射。以這個速率,太陽在主序帶上要耗費大約100億年的時間。
太陽沒有足夠的質量產生鐵核,再爆發成超新星。
大約50億年後它將進入紅巨星的階段,氦核心被壓縮,同時變熱;
緊挨核心的氫包層因溫度上升而加速聚變,結果產生的熱量持續增加並向外傳導,使外層膨脹;
當核心的溫度達到1億K時,氦聚變將開始進行並生成碳;
此時的氦核心已經達到電子簡併態,相當於一個小型白矮星,熱失控的氦聚變將導致氦閃,釋放的巨大能量使太陽核心大幅度膨脹,解除了電子簡併態,然後核心剩餘的氦進行穩定的聚變。
從外部看太陽將如新星般突然增亮,接著體積大幅度縮小,變得比原先的紅巨星暗淡得多,但仍將比現在的太陽亮,直到核心的碳逐步累積,再次進入核心收縮、外層膨脹階段。
這個過程就是赫羅圖上的漸近巨星分支階段。
自太陽進入紅巨星階段後,內部激烈的熱脈動會導致太陽外層氣體不斷逃逸,形成行星狀星雲。
最終當外層被徹底剝離後,留下來的就是就是一顆熾熱的白矮星。
接下來這個白矮星會在數十億年中逐漸冷卻、黯淡。
這就是類太陽質量恆星的演化道路。
所以太陽並不能透過聚變產生鐵。
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3 # 彭曉韜
目前的解釋是:太陽系是,由一顆白矮星爆炸產生的物質重新組合而成的,比鐵重的元素都來自於原始物質。其實,最有可能的情形是:銀河系中心是一個巨大的物質生成器並不停地向兩個方向噴射出大量物質而形成了銀河系中的其他天體,包括太陽系。同時,目前每天仍然有以宇宙射線形式從銀河系中心來的重元素物質,從而形成了地球上的短半衰期放射性物質。否則,很多短半衰期的放射性元素早就應該消亡了。太陽系內的行星等天體也是由太陽噴射的太陽風所攜帶的物質形成的。詳細論述可參見本人以下文章:
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4 # 時空通訊誰說太陽能夠聚變到鐵?其實太陽這種質量的黃矮星核聚變到碳就結束了,在氦閃階段發展成紅巨星,然後成為一個白矮星。
聚變到鐵的是大質量恆星,至少要太陽質量8倍以上恆星引力壓力才能夠激發恆星中心碳以後的核聚變,一直到鐵結束。
因為鐵核聚變比較特殊,不但不會產生能量,還會消耗能量,恆星發展到後期根本沒有這些能量讓鐵核聚變去消耗,這樣核聚變就停留在鐵元素上面了。
核聚變一停止,巨大的恆星壓力就導致物質急劇坍縮撞擊鐵核,這種速度甚至達到光速的一半,撞擊鐵核的物質被堅硬的鐵核亞光速反彈回來,就導致了超新星大爆炸。
超新星大爆炸的溫度和壓力都是驚人的,可以激發一系列的核聚變,一直聚變到最重的元素誕生,而一些重元素又會發生裂變,這樣宇宙中就產生了各種元素。超新星大爆炸被拋棄的質量成了新的星雲,隨著自身引力作用,又會漸漸凝聚收縮成新的恆星。
我們太陽就是這樣的星雲形成的,因此就有各種元素。但98~99%還是氫氦氣體分子,其他重元素只佔1~2%。
我們地球是與太陽共生於一坨第二代或者第三代分子云,當然就會有這些重元素了。別看這些重元素只佔1~2%,要知道太陽系裡太陽質量就佔了99.86%,八大行星等所有其他大小天體加起來才0.14%,而我們地球才佔0.0003%。
八大行星佔主要質量的是4顆氣態行星,這幾顆行星構成成分主要都是氫和氮,光是木星一顆質量就佔所有其他行星加起來的2.5倍。而4顆類地行星地球是質量最大的,因此加起來質量也不到太陽系的0.001%,重元素佔了這坨星雲多少?
因此地球上有這些重元素一點都不奇怪,何況地球形成初期,還受到長期大量的隕石轟擊,這些轟擊也為地球帶來了很多金銀財寶。大質量恆星超新星大爆炸是製造重物質的主要來源,大爆炸後中心殘留的物質就會坍縮成中子星或者黑洞,而我們太陽壽終正寢時只會成為一顆白矮星。
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宇宙中最早只有氫和氦,以及微量的鋰和鈹。它們誕生於宇宙大爆炸後的3~20分鐘。這些氣體分子形成了原始的星雲。在宇宙大爆炸後的4億年,星雲又坍縮成了第一代恆星。
恆星會在內部進行核聚變反應,將較輕的原子合成為較重的元素。每種元素的核聚變反應進行的條件是不一樣的。由於較重原子核的質子數量較多,所以較重的原子核庫侖斥力也較大,核聚變反應需要的能量也就越大。
圖:大質量恆星的洋蔥結構
大質量的恆星能夠提供足夠的壓力和溫度將核聚變反應進行到鐵。鐵的核聚變反應吸收的能量比釋放出來的能量多,這導致了恆星核心的冷卻,核聚變反應就此停止。
沒有了輻射壓對抗恆星的重力,恆星外圍的物質會極速向核心收縮,速度能夠達到光速的百分之五十。能量巨大的撞擊會使核聚變反應繼續,產生鐵以後的重元素,並在巨大的能量反彈中將這些重元素拋灑入太空之中,與星雲混合。這就是超新星爆發。
圖:星雲
混合了重元素的星雲會在以後的歲月裡逐漸坍縮,形成了恆星系。太陽系也是這麼來的。
太陽這麼重的恆星,其核聚變反應只能夠進行到碳。它的末日也不會發生超新星爆發,只會坍縮成以碳、氧為主的白矮星。
圖:白矮星