新浪新闻客户端

在宇宙其它星体上,能否发现新的化学元素?

在宇宙其它星体上,能否发现新的化学元素?
2020年07月04日 08:46 新浪网 作者 香柳忆梦残梦

  截至目前,地球上的自然形成元素和人工合成元素种类已经达到118种,其中自然元素94种。不同元素的区分,我们以原子核中质子的数量差异为根本原则,不同的元素其物理化学性质会出现不同程度的差别,但是每隔特定的原子序数,不同的元素之间的理化性质会存在着一定的相似性,对于这样的元素我们称为同族元素。对于拥有相同质子数、而中子数不同的元素,我们将它们定义为某种元素的同位素,它们在整体理化性质相近的同时,也会呈现出一定程度的性状差异。那么,宇宙中其它天体上的元素,是否和地球上的完全一致呢?

  在宇宙其它星体上,能否发现新的化学元素?

  要回答这个问题,我们得了解一下宇宙中元素的形成过程。纵观宇宙发展史,能够决定一个星体元素种类的因素,可以归结为三个主要进程。第一个进程是宇宙大爆炸进程,奠定了宇宙中所有物质的基础。在距今138.2亿年之前,宇宙的所有物质和能量能集中到奇点之上,随着量子涨落效应的积累,发生了大爆炸,在极短的时间内向外释放巨量的物质和能量。

  在宇宙其它星体上,能否发现新的化学元素?

  在大爆炸刚开始的十几分钟内,由于能量极大、温度极高,在急速膨胀的过程中只能形成太初核体,也就是质子和中子以及自由电子,但不能形成原子核。直至大爆炸38万年之后,随着温度的逐渐冷却,中子已经失去了自由存在的条件,不是发生衰变,就是与质子结合,于是结合形成宇宙中第一批中性原子,即以氢原子为主,还包含少量的氦以及微量的铍、锂等元素,氢原子的占比高达90%以上。

  在宇宙其它星体上,能否发现新的化学元素?

  第二个进程是恒星核聚变进程,形成了铁元素及以下的轻元素。宇宙诞生出自由原子以后,以氢、氦等为主的元素组合成的气体物质,形成了许许多多星云团,依靠微弱的引力作用聚合到一起。在漫长的引力扰动作用下,这些星云气体逐渐向某一中心聚集和坍缩,使得中心区的质量越来越大、温度越来越高,周围的星云气体在角动量守恒和能量转化的作用下,或者成为中心的一部分,或者逐渐形成以一定的角速度围绕中心旋转的状态。

  在宇宙其它星体上,能否发现新的化学元素?

  当核心区温度达到1000万摄氏度和压力上千亿个大气压下,部分氢原子核中的质子,就会在量子隧穿效应的作用下,克服了原子核之间库仑力的排斥,从而顺利“钻入”另一个原子核之中,从而激发出质子与质子间的链式反应,4个氢原子聚合为1个氦原子核,并向外释放一定的能量。在恒星物质积累的初期,如果吸聚的物质质量越大,那么其核心区的温度就会越高,为核聚变提供的条件也就越优越,最终核聚变的产物也就会越丰富,一直持续到比结合能最高的铁元素为止。

  在宇宙其它星体上,能否发现新的化学元素?

  第三个进程是超新星爆发进程,形成了众多比铁元素原子还高的重元素。当大质量的恒星进入生命末期之后,外层物质的重力作用就会明显占据上峰,从而引发剧烈的坍缩,在这个过程中推动了坍缩路线上环境温度的急剧上升,从而引发了不可控的核聚变,这种核聚变产生的向外辐射压能够推动部分恒星物质向外释放。同时,外层物质一旦坍缩至恒星高致密度的铁核,也会产生强烈的反弹激波,推动中部和外层恒星物质的向外剥离,从而形成超新星爆发。

  在宇宙其它星体上,能否发现新的化学元素?

  由于超新星爆发的能量巨大,瞬间产生的环境温度可以达到几百亿度,这种情况下所释放出来的中子,就会与之前恒星剥离出去的各种物质进行结合,这个过程也称为快中子俘获过程,因此会形成众多比铁元素原子序数还要高的重元素,以这些元素为班底形成了超新星爆发之后的星云物质,为后来新星体的形成奠定了物质基础。

  在宇宙其它星体上,能否发现新的化学元素?

  我们所在的太阳系,就是在上一任恒星发生超新星爆发之后,逐渐在引力作用下发生聚合后的产物,地球上目前所发现的各种自然元素,说到底,都来源于上述三个宇宙元素“奠基”的进程,同时我们还可以得出一个结论,那就是宇宙中所有的星体,其形成过程都离不开上述进程,因此从理论上来说,宇宙中所有元素,都不可能跳离上述进程而单独生成和循环演化,地球上所有的自然元素,应该与其它星体上的基本一致。

  在宇宙其它星体上,能否发现新的化学元素?

  为什么说基本一致呢?这里面还得解释一下,如果我们发现新元素,那么也就意味着在目前发现元素的基础上,需要原子核中质子数量的再次提升,但是原子序数越大,其形成的条件也就越苛刻,所需的能量也就越高,同时稳定性也会越来越差,在很短的时间内就会发生衰变,从而形成稳定性更强的“较轻元素”,这也是截至目前,我们还没有在地球以外的星体中观测和分析出新元素的主要原因。当然,我们不能排除这种可能性,因为毕竟我们的观测条件和技术水平,距离深空探测的有效需求还有非常大的差距,比如在黑洞的吸积盘内、星系中央靠近巨型黑洞的恒星密集区等区域内,或许存在着能够支撑更重元素生成和存在的有利条件,正等待着我们去探索和发现。

特别声明:以上文章内容仅代表作者本人观点,不代表新浪网观点或立场。如有关于作品内容、版权或其它问题请于作品发表后的30日内与新浪网联系。
权利保护声明页/Notice to Right Holders 我要反馈
新浪新闻客户端
新浪新闻客户端

扫描左侧二维码下载,更多精彩内容随你看。(官方微博:新浪新闻

图片故事

新浪新闻意见反馈留言板 400-052-0066 欢迎批评指正

违法和不良信息举报电话:4000520066
举报邮箱:jubao@vip.sina.com

Copyright © 1996-2020 SINA Corporation

All Rights Reserved 新浪公司 版权所有