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铁的阻止与恒星寿命

时间:2023-08-13 12:01:41       来源:说宇宙

太阳,是地球的恒星,也是地球上所有生命得以存在的原因,就连我们生活的这个星系都以它的名字命名。太阳之所以能散发出如此巨大的能量, 得益于它的核心一直在进行的核聚变反应 ,然而科学家们逐渐发现,即使能产生庞大的能量, 核聚变也存在着自己的极限

不过,我们还是需要先来了解一下核聚变是什么。 核聚变,也被称为核融合反应,氢原子可以通过核聚变结合形成氦,并释放能量。


(相关资料图)

太阳的核心是唯一能进行核聚变的地方,在这里,每秒钟大约有 ×个 氢原子核(质子)会被转化成氦原子核,从而在短短一秒钟的时间内,释放出 ×焦耳 的能量。如此巨大的能量, 相当于同时引爆×百万吨的TNT炸药

核心像一台智能的电脑,随时会修正核聚变的效率。

当速率太高时,热膨胀会将质量推向外部,这一操作就能使得密度稍微下降,从而降低反应速率;修正过程会使得核心出现收缩和冷却,这又会加速融合的效率,使其再恢复到原来的标准,在一次次微小的调整下,核聚变将保持在相对平衡的状态。

不只是太阳,实际上, 所有恒星的核心都在进行着这样精细又神奇的反应 ,在不断地核聚变中,不同的原子与氦原子进行结合,变得越来越“重”,这个过程像链条一样清晰可见: 碳 → 氧 → 氖 → 镁 → 硅 → 硫 → 氩 → 钙 → 钛 → 铬 → 铁

哎哎,等一下,元素表上可不只这几个元素啊,铁后面的呢?

核聚变为什么到铁就结束了?

在很多科普文章中,都提到铁是核聚变的终点,常见的说法是这样的:

铁具有最大的比结合能,因此铁核最稳定。其他核聚变成铁核是释放能量的反应,但铁核聚变将吸收能量而不是释放能量,所以重核聚变到铁为止。

这里提到的 比结合能 ,可以简单理解为分开紧紧抱在一起的核子的能量,也就是说, 比结合能越大,就证明核子抱得越紧密,由这些致密核子组成的原子,整体就更稳定

比结合能并不是一直向上增长的,而是像山坡一样存在一个 峰顶 ,然而在这个峰顶附近,你不仅能找到铁, 还能看到一个比它还要稳定的存在——镍

Fe58的比结合能是 ,而Ni62的数值可以达到 。按理说,镍要更稳定才对,而且 星球的核心中也的确有镍的存在,我们地球的核心就是一个铁—镍核心 ,但是为什么铁却成了守在终点线上的那一个呢?

这是因为在核心中存在的镍并不是镍-62,而是 同位素镍-56

这种元素会出现 衰变 ,半衰期只有6天。当恒星诞生后,镍-56马上就衰变成了钴-56,随后又变成铁-56,而铁则像个老大哥似的,站着不动了。

当恒星在不断进行核聚变时,镍-56也在出现,但是它很快就衰变了,最后,在核心中丰度最高的就只剩下铁了。

那么其他元素在哪里?恒星上发生的反应其实十分多样且复杂, 一些比铁和镍更重的元素也可以出现,比如天文学家在红巨星中就发现了锝

其他元素则会在 超新星爆发 期间出现,这种爆发产生的能量是任何一颗恒星都无法产生的,也就是说,这些元素是在恒星形成前就出现的了。

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