【宇宙科普】什麼元素在地球上極為稀缺,而在其它星球上卻到處都是?

天空之城 2021/03/10 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城

 

迄今為止,科學家已經確認了118種元素,這些元素通過各種複雜且精妙的組合,就構成了我們平常所見的所有物體,而宇宙中的那些形形色色的天體,同樣也是由各式各樣的元素組成。儘管已知元素的種類很多,但這些元素在宇宙中所占的比例卻存在著巨大的差異。

在可觀測宇宙中,氫元素(Hydrogen)佔據了73.9%的質量,因此穩居第一名,而宇宙中第二多的元素——氦(Helium),也佔據了可觀測宇宙24%的質量,其餘的2.1%,則是其它元素全部加起來所佔據的比例。

有沒有什麼元素在地球上極為稀缺,而在其它星球上卻到處都是?

我們地球上的氫元素還是蠻多的,但氦這種宇宙中第二多的元素,在地球上卻極為稀缺,研究資料顯示,在地球大氣層裡的氦含量僅為5.2ppm(百萬分之五點二),而地球內部的氦含量也是微乎其微。

與之形成鮮明對比的是,氦在其它的很多星球上卻到處都是,比如太陽系中木星、土星、天王星和海王星上面都存在大量的氦,而太陽的氦含量更是達到了24.85%之多,即使是在小小的月球上,也存在至少100噸的氦-3。

如果說氦對人類沒啥用也就罷了,但氦對人類偏偏卻很重要,時至今日,人類的航空航太、超導環境、雷射器、深潛作業、高端加工……等等眾多的領域都需要氦氣,而氦-3則被科學家認為是可控核聚變領域中的「最佳燃料」。

所以問題就來了,氦明明是宇宙中第二多的元素,為什麼在地球上卻極為稀缺?宇宙為何會如此偏心?我們接著看。

宇宙中的氦元素是怎麼來的?

需要注意的是,儘管氦元素可以由恒星內部的核聚變反應生成,比如說太陽的內部,氫原子核就在不停地聚變成氦原子核,但宇宙中大多數的氦元素卻是產生於宇宙誕生之初的「原初核合成期」,而不是來自於恒星。

根據大爆炸宇宙論,我們的宇宙誕生於一個溫度極高、體積極小、密度極大的「奇點」,在「宇宙大爆炸」發生之後,隨著宇宙的密度和溫度不斷地降低,在10秒至35分鐘這段時間內(即「原初核合成期」),宇宙中的質子(也就是氫原子核)已經生成,而宇宙的密度和溫度也達到了發生輕核聚變的標準,於是很多質子就發生了聚變,從而生成了大量的輕元素,其中的絕大部分都是氦元素。

也就是說,在「原初核合成期」之後,氦元素就已經成為了宇宙中第二多的元素。

太陽系的形成

根據星雲理論,太陽系形成於一片巨大的分子雲,這被稱為「太陽星雲」,在大約46億年前,這片星雲發生了坍塌,其中的物質在引力的作用下不斷吸積,最終在其中心形成了太陽,而剩餘的物質則逐漸形成了太陽系中的其它天體,其中就包括我們的地球。

通過以上的介紹我們可以知道,「太陽星雲」原本就存在著大量的氦,因此在地球形成的時候,其氦含量本來也應該挺高的,然而由於氦很輕,其化學性質又非常不活潑,幾乎不可能與其它元素形成更重的化合物,而地球的質量又無法產生足以束縛氦的引力,因此接下來的時間裡,地球就漸漸地失去了那些本該屬於自己的氦。

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