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宇宙的氫是怎麼産生的

生活 更新时间:2024-11-30 00:13:56

在宇宙誕生之初,最先出現的物質就是氫和少量的氦,因為這兩種元素是原子序數最小的,也是質量最輕的,所以也最容易形成。

氫原子隻有一個質子,而氦原子也不過隻有2個質子和2個中子,自然就成為了最早來到這宇宙中的物質形态,即便是現在,氫和氦也占據了宇宙中物質總量的98%,而其餘的元素則共享餘下的2%。宇宙雖然是氫和氦的世界,但地球上卻并非如此。地球大氣中誰才是主角?氧氣嗎?并不是,是氮氣。地球大氣的組成成分大體上是這樣的:78%的氮氣、21%的氧氣、0.94%的稀有氣體、0.03%的二氧化碳以及少量的水蒸氣和其它氣體。

宇宙的氫是怎麼産生的(宇宙中最多的是氫)1

為什麼地球大氣的構成與宇宙物質的構成比例差距如此之大呢?一切還要從太陽系的誕生說起。

在宇宙誕生之後,氫和氦随之生成了,之後物質在相互的引力作用下逐漸靠攏形成星雲,星雲又逐漸凝聚形成恒星,恒星内部巨大的壓力引發了聚變反應,通過核聚變,更重的元素相繼出現了。雖然宇宙中的物質種類變得逐漸豐富,但氫和氦仍舊是宇宙中的主角。時間來到了距今大約50億年之前,此時在今太陽系的位置上凝聚了一個由衆多物質所組成的星雲,我們稱其為“太陽星雲”。太陽星雲已經不是元素種類單一的原始星雲,它其中除了氫和氦之外,還有氧、碳、氖、鐵、氮等其它元素,當然了,這些元素的占比是很小的,主角還是氫和氦。

宇宙的氫是怎麼産生的(宇宙中最多的是氫)2

後來,太陽星雲發生了引力探索,星雲的體積變得越來越小,密度變得越來越大,終于,一顆新的恒星誕生了,它就是太陽。

在太陽形成之後,剩餘的星雲物質在太陽的引力作用下圍繞太陽繼續運行,并逐漸凝聚成為各種各樣的太陽系天體。最初太陽系中的天體數量是十分龐大的,後來随着不斷地碰撞合并,最終形成了如今的樣子。既然星雲中最多的物質就是氫和氦,而地球又是由星雲物質凝聚而成,為什麼地球大氣中卻不見氫和氦的身影呢?氫和氦之所以是宇宙中最多的元素是因為它們輕,而地球大氣中沒有,同樣也是因為輕。

宇宙的氫是怎麼産生的(宇宙中最多的是氫)3

地球并不是一顆很大的行星,它的質量約為5.965X10∧24千克,如此規模的行星,其引力是不足以束縛住氫氣這麼氫的氣體的,所以氫氣就越飛越高,飄散到宇宙中去了。

不過好在氫氦算是一種比較活躍的元素,所以很多氫元素便與氧元素結合成為了水,以這種特殊的形式保留在了地球之上。除了氫之外,氦就是最輕的元素了,但與氫不同,氦是一種極其穩定的元素,幾乎不與任何物質發生反應,所以在地球形成之後,氦氣便全部飄散到了宇宙之中,一點也沒有剩下。那麼地球上現有的氦氣是從何而來的呢?在地球内部存在着一些放射性元素,這就是氦氣的來源。

宇宙的氫是怎麼産生的(宇宙中最多的是氫)4

鈾238和钚232在衰變的過程中會釋放一個阿爾法粒子,其包含了兩個質子和兩個中子,本質上就是一個氦原子核,氦原子核被釋放出來之後馬上會獲得兩個電子,于是一個氦原子就産生了。

氦氣産生之後會混在地下的天然氣中,在開采天然氣時通過分離獲得。然而這些重元素的衰變周期動辄幾十億年,所以氦在地球上絕對是一種稀有資源。地球大氣中沒有氫和氦是因為它們輕,那麼為什麼會有這麼多氮氣呢?因為氮氣的化學性質十分活躍,早在星雲中時,它們就與氫反應成為了NH3,也就是氨氣。氨氣算是一種很重的氣體,所以無法擺脫地球引力,就都留在了地球上。

宇宙的氫是怎麼産生的(宇宙中最多的是氫)5

在地球原始大氣中,最多的并不是氮氣,而是氨氣,那麼氨氣又是如何變為氮氣的呢?這是太陽光的功勞。

當太陽光照射到地球上後,短波輻射會使氨氣發生分解,分解之後的氨氣會變為氮氣和氫氣。沒有懸念,分解生成的氫氣會忙不叠地向宇宙中逃逸,而氮氣卻被地球引力給牢牢束縛住了,因為氮氣是一種比氨氣更重的氣體,它的分子量大約為28,而氨氣僅為17。随着時間的推移,氨氣逐漸減少,氮氣逐漸增多,于是地球大氣就變為了氮氣的世界,直到後來,随着植物在地球上出現,大量的氧氣通過光合作用生成了,于是氧氣才在地球大氣中占有了一席之地。

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