今日必看|地球本身不能进行核聚变，那么如斯丰硕的元素是从何而来的？

我们所在的地球，是由92种常见元素所构成，另外加上26种短时间内可以存在的放射性以及人工合成元素，将有118种元素，恰是这些元素，共同构成了我们地球现在的岩石圈、水圈、大气圈，同时也支撑着生物圈中各种动物和植物的存在。据研究，这些元素在地球刚诞生时的46亿年前就已经泛起，那么，这些元素是如何形成的呢？是通过地球自身内部的核反应而泛起的吗？

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人们对物质组成的认知是一个逐步深入的过程，无论是古希腊的水、土、火、气四种元素说，仍是我国古代的金、木、水、火、土五种元素说，都在试图揭示宏观世界的微观组成。到了近代，科学家们根据物质的性质不同，逐渐发现了30多种元素，而到了19世纪中叶以前，元素的种类已经拓展到50多种，而这些所发现越来越多的元素之间，到底是彼此孤立仍是存在着某种联系，一直困扰着人们。直到19世纪60年代末，俄罗斯科学家门捷列夫在对已知元素的原子序数进行排列时，发现了不同元素之间在物理和化学特性方面具有的周期性变化规律，在此基础上绘制了最原始的元素周期表，从而为现代化学体系的建立打下了坚实的基础。

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但是，受于当时前提的限制，门捷列夫并未就元素为何泛起这种周期性的变化规律做出解释，直到1911年，新西兰物理学家卢瑟福通过利用阿尔法粒子散射实验，发现了质子的存在，继而提出了原子核的结构模型，并提出了“中性粒子”的预言，人们才逐渐意识到具有不同原子序数的元素，其质子数的差异，决定了不同元素之间呈现出的不同理化性质。而到了20世纪30年代，英国物理学家查德威克又利用钋加铍作为放射源，去轰击氢、氦、氮等元素发现了卢瑟福所预言的“中性粒子” ，即中子，使得人们对微观粒子的组成又有了新的认知，那就是质子决定元素的种类，中子决定着元素的同位素。

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通过天文学家们的长期观测和研究，普遍认为我们所在的地球包括太阳系，都形成于46亿年之前在此区域浓密的星云物质，在引力扰动的影响下，这些星际物质不断发生吸聚和坍缩作用下缓慢产生的，那么无论是太阳也好，太阳系的各大行星也好，其组成物质也应该来源于这些星际物质。而通过对太阳组成物质的研究，科学家发现，太阳是以氢和氦等轻物质为主要组成，而地球相对于太阳来说，无论是元素的种类仍是“均衡”程度，都要远远大于太阳，那么这就表明地球的组成物质，并非来源于太阳的核聚变，更不可能来源于地球内部的核反应，由于地球内部，不论是温度仍是压力都远不及太阳，不可能产生这么多的重元素，这些元素的来源必定另有出处。

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要分析这个题目，不得不追溯到宇宙大爆炸刚开始的阶段，在体积无限小、质量无限大的奇点发生爆发之后，在普朗克时间内推动空间大暴涨，在极短的时间内能量发生衰变，逐渐产生自由原子和电子，这个时期因为宇宙的整体温度还非常之高，这些基本粒子还无法结合形成原子核，光线也无法从这片等离子体中逃离出去。直到大爆炸之后的38万年之后，跟着宇宙温度的冷却，质子和中子才得以结合成宇宙第一批中性原子，因为氢和氦的结合比较轻易，因此这时的中性原子以氢居多，占据了90%以上，宇宙空间中充斥着由氢和氦所组成的浓密星云，为后来宇宙天体的演化提供了充足的物质来源。分页标题

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后来，在引力扰动的影响下，这些星云物质开始发生会萃，无数星云团开始形成，在这些星云团中又逐步形成了诸多物质分布更加密集的区域，并逐渐向其中的中心点发生坍缩，使得中央区域的质量不断增大，同时在被吸聚星云气体不断碰撞和引力势能转化的前提下，使得中央区域的温度不断晋升，最后在量子隧穿作用下，温度达到1000万摄氏度以后，氢原子中的质子就会突破原子间的库仑力进入其它氢原子中，从而引发质子与质子的链式核聚变反应，宇宙中最原始的一批恒星就此登上了历史舞台。

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而这些恒星所吸聚原始星云的数目，决定了恒星的原始“尺寸” ，这个质量的大小，决定了恒星内部核聚变所依靠的温度和压力环境。当恒星质量较小时，通过质子与质子的链式核聚变反应所天生的氦，没有足够的环境来支撑后续氦的核聚变反应，最后当氢消耗完毕之后就会形成红矮星。而当恒星质量较大，因核聚变而产生的氦，可以在更高的温度之下完成接下来的核聚变，从而产生碳，并且跟着质量的继承增大，依次将会在核聚变后形成氧、氖、镁、硅、磷、硫、铁这些元素，从而形成恒星从外到内原子序数逐渐增大的层级结构。

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对于恒星内部的核聚变来说，能够维持其不乱的关键因素就在于温度要足够高，也就是说核聚变所开释的能量要大于反应所需要的能量输入。而铁作为比结合能最高的元素，它要发生核聚变，所需要输入的能量要大于开释的能量，因此一旦恒星内部核聚变产生了铁元素，那么就意味着恒星的生命快走到了尽头。那么，宇宙中比铁元素原子序数要大的元素是怎么来的呢？这得归功于超新星爆发了。

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当大质量恒星完成主序期使命之后，内部核聚变的减弱，使得向外的辐射压降低，从而恒星外部物质的重力作用将占据上峰，将会泛起急速地向内坍缩现象，恒星内部电子简并气体的电子将会被原子核所捕捉，使得间并压进一步降低，坍缩现象会变得越来越剧烈。在此过程中，因电子俘获反应所开释的能量，将在恒星内部激发重启核聚变，使恒星产生不可控的核聚变，于是在坍缩作用的加持下，会产生剧烈的激波向外反弹，从而将除恒星内核以外大部分的组成物质从恒星中剥离出去，引发超新星爆发，有时爆发的能量十分巨大，甚至可以将恒星的核心也炸毁。因为超新星爆发的能量极高，温度可以达到上千亿摄氏度，在这种高温下，所开释的大量高能中子，将会与之前恒星核聚变形成的铁及以下元素进行结合，形成其它更多的重金属元素，从而飘散在宇宙空间中。假如剩余的恒星核心部门没有被炸毁的话，则继承发生着物质坍缩，根据剩余核心的质量不同，将会演化为中子星或者黑洞。

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因此，太阳系所在区域的前身，应该是由上一任大质量恒星在完成超新星爆发之后所形成的星云物质所组成。在漫长的引力扰动作用之下，重复着恒星的诞生历程，太阳吸聚了这片星云绝大部分的氢氦等物质，剩余的物质则继承在间隔太阳较远的轨道处会萃，逐渐演化成了固态行星和气态行星。我们地球上所看到的这些常见元素，实际上都见证着奇点大爆炸之后宇宙无比漫长的发展演化历史。分页标题