宇宙就像一个大锅所有的化学元素是从哪里来的

　　化学家知道超过一亿种物质，但它们都由只有118种化学元素的原子组成。NakedScience解释了整个元素周期表如何来自简单而无聊的氢。剧透警报：这不仅仅是关于星星！
　　蟹状星云是最著名的超新星遗迹
　　构成我们周围一切的化学元素，包括我们自己，是如何形成的？在星星里！听说过它的读者会惊呼。大爆炸之后还发生过类似的事情，甚至是超新星听得更多的人会想。是的，是的，再次是的，但不仅如此。大爆炸后的最初几分钟，恒星、超新星、中子星，甚至宇宙射线都参与了宇宙的化学多样性。不用担心，我们将把它分解。太空乐高
　　原子的数量是压倒性的：一杯水中的原子数量比海洋中的一杯水还要多。如果他们都是个体和独特的，没有人能理解这种混乱。幸运的是，所有原子都具有相同的结构：它们由一个原子核和围绕它旋转的电子组成。原子核由带正电的质子和不带电的中子组成。
　　最简单的原子核是氢原子：它只有一个质子。下一个最简单的元素是氦，它的原子核中有两个质子。质子的数量很容易找出：它只是元素周期表中的元素编号。
　　那么中子呢？超过99。9的氢核根本没有中子，它们只是一个质子。这是氢氕的最简单的变种（科学家们说，一种同位素）。但也有氢，其原子核中一个质子伴随着一个中子（这是氘），甚至还有两个中子（这是氚，但它具有放射性并且会迅速衰变）。通常，相同元素的同位素在中子数方面彼此不同。所有元素都有同位素，但在接下来的故事中，只有氢和氦的同位素对我们有用。氦有两种稳定的（非放射性）同位素：氦4和稀有的氦3。这些数字表示原子核中质子和中子的总数。多样性之岛
　　今天，元素周期表中有118种元素，但其中一些是人工获得的（新元素的创造工作仍在继续）。它们中有多少是在自然界中发现的？手册给出了不同的答案，从90到98。这里重要的是如何计数：一些放射性元素最初是在实验室中创造出来的，然后才发现它们在岩石中形成的时间很短，数量可以忽略不计。
　　尽管地球上至少存在90种元素，但其98的质量仅来自六种元素：氧、硅、铝、镁、钙和铁。可以说，这就是地球化学六。还有另外六种生化。它包括构成活细胞的元素：氢、碳、氮、氧、磷和硫。然而，活的有机体还需要许多其他元素。
　　与太空相比，我们的星球是化学多样性的仓库。整个宇宙非常无聊：91的原子核都是最简单的化学元素氢。几乎增加了9在简单性方面排在第二位，氦气。并且小于1对于所有其他元素。如果我们不按原子核的数量，而是按质量来计算，那么这幅画就会不那么沉闷了，因为氢和氦都很轻。但只是一点点。
　　如果你对宇宙的化学均匀性感到惊讶和悲伤，请稍等：现在我们将弄清楚它是如何发生的。
　　初级核合成的反应（假设的反应以红色显示）。左边的说明中是原始原子核，括号中是从左到右的传入和传出粒子，括号后是生成的原子核。创造之火
　　大爆炸之后，温度对于质子和中子的存在来说太高了。但是宇宙正在迅速膨胀，能量分布在越来越多的空间中，物质也在冷却。甚至在第一秒结束之前，质子和中子就出现了。
　　正如我们所记得的，质子是氢的原子核（更准确地说，是它最常见的同位素氕）。也就是说，元素周期表中的一个单元格以某种方式被填满了。
　　大爆炸后大约一分钟，空间冷却到几十亿度，中子开始与质子结合形成氘核。然后宇宙中的第一个热核反应开始了：原子核相互碰撞并合并。这个时间被称为原始核合成的时代。持续了二十分钟左右。在那之后，宇宙冷却到数百万度。融合已经太酷了。
　　以下是当时发生的最重要的反应（所有这些反应都在实验室中复制）：
　　氘氘氚质子
　　氘氘氦3中子
　　氘氚氦4中子
　　氘氦3氦4质子
　　这就是几乎所有现代氦的形成方式。与原始核合成相比，即使是恒星，即不知疲倦的氦气发生器，也产生了很少的量。事实是，宇宙中大约80的原子核甚至不是星系的一部分，甚至更不是恒星的一部分。
　　此时，创建元素的过程停止了。氦的浓度太低，无法成为创造新元素的材料，就像在恒星中发生的那样。
　　诚然，锂、铍和硼仍然是由氦形成的，但数量可以忽略不计。唉，这些原子核在热核反应中被破坏就像它们被创造出来一样容易。宇宙中它们的数量比任何其他比铁轻的元素还要少，这并非没有道理。而这个命运多舛的三位一体成员所观察到的内容，也不是那么容易解释的。它们可能起源于宇宙射线粒子撞击星际氢时。我们稍后将讨论的超新星也可能参与它们的合成。我们是星灰
　　因此，如果不是新的热核反应堆恒星，太空将是氢和氦的无聊混合物。它们中的第一个照亮了宇宙大爆炸数亿年后的太空。
　　在其生命的大部分时间里，一颗恒星所做的事情与宇宙在原始核合成时代所做的事情相同：将氢转化为氦。诚然，在这种情况下，反应链完全不同，而且相当复杂。事实上，在恒星中，不像早期的太空，没有丰富的自由中子。中子在原子核之外，只存在几分钟。
　　当氢气耗尽时会发生什么？这取决于恒星的质量。质量小于0。5个太阳的恒星在此结束生命。它们的内部不够热和密度不足以让氦进入热核反应。令我们自豪的是，太阳会走得更远：它将产生碳、氮和氧。甚至更大的发光体可以合成铁元素，在铁元素的核中有26个质子。
　　此外，恒星的热核炉也无能为力。如此重的原子核很难相互碰撞：众多质子的电排斥会相互干扰。
　　顺便说一句，大多数恒星热核反应尚未在地球上重现。创造必要的条件太难了。但它们是理论上计算出来的，计算结果与观测到的宇宙组成非常吻合。宇宙的重金属
　　但是前26种元素甚至还不到自然产生的90种元素的三分之一。其余的元素是如何形成的？
　　在这种情况下，物理学有一个窍门。还记得我们抱怨恒星中没有那么多自由中子的时候吗？然而，在一些核反应中会产生中子。然后中子撞击原子核并粘在它上面。与质子不同，中子很容易做到：毕竟它不带电，也不排斥原子核。
　　而现在，当原子核的粒子已经将他接纳为他们亲密的伙伴时，中子就出局了。它发射一个电子并变成一个质子！在原子核中，还有一个质子，这意味着这是下一个化学元素。在通常的低中子通量下，这样的过程进行得很慢，因此它被称为s过程，来自英语慢慢。
　　S过程发生在红巨星中，可以产生高达铋（83个质子）的元素。但它真的很慢：将铁核变成铅核（82个质子）需要一千年。同时，编号为8489（从钋到锕）的元素具有放射性。这样一个原子核的衰变速度超过了s过程将一个新质子附加到它上面的时间！
　　如何解释自然界中存在钍（90个质子）和铀（92）？rprocess急忙帮忙，来自英文的rapidfast。它在超新星爆炸和中子星碰撞时被激活。这些宇宙大灾难会产生短期但强大的中子通量。多亏了它们，即使是最重的原子核也可以形成。
　　顺便说一下，超新星有两种类型。Ia型与白矮星的热核爆炸有关，所有其他类型都与大质量恒星的坍缩有关（如果您想了解详细信息，NakedScience有它们）。这些和其他灾难都会触发r过程。
　　这不仅仅是一个理论。天文学家知道大量的超新星遗迹，并且长期以来一直在研究它们的成分。而三年前，在中子星碰撞现场也发现了重元素。
　　星际物质化学元素的起源及其在人体内的含量。没有考虑恒星残余物中积累的物质。大质量恒星爆炸的类别包括在实际超新星爆炸之前在恒星风中喷出的元素。交付预混料
　　烧坏灯体的物质有两种方式。其中一部分将分散在整个星际空间，并可能成为未来恒星和行星的材料。其余的将永远封存在恒星的残骸中（白矮星、中子星或黑洞）。诚然，白矮星有时会以Ia超新星的形式爆炸，变成星际尘埃。是的，中子星偶尔会碰撞并合并为一个，同时将一小部分物质损失为分裂碎片。但这样的灾难是例外，而不是规则。大多数情况下，进入恒星残骸的东西会在宇宙的其他部分丢失。
　　恒星的质量越大，它返回的物质就越多。唉，几乎整个太阳质量都将在白矮星中毫无用处地保存下来。但是大质量恒星，甚至在它们爆炸为超新星之前，就可以将其质量的一半甚至三分之二分散到太空中。因此，对于空气的氧气和我们咸血的钠，我们必须感谢浪费的沉重的发光体，而不是节俭的肺。
　　宇宙付出了多少努力来为岩石行星及其居民创造建筑材料，真是令人惊讶。但只有感谢这家化工厂的不懈努力，才会有一些人会感到惊讶。