科普空门使者 - 核聚变能够产生铁元素,为什么恒星最终结局却不是变成铁球?

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  引言:上个世纪的核物理学家通过长期的研究和实验发现核聚变反应是一种产生多于核裂变反应五倍的产能方式,因为它伴随着基础元素不断扩张。核聚变最初从氢元素开始,逐渐向越来越重的方向演化,最终能产生铁元素。那么问题来了,为什么恒星没有变成铁球呢?

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  在早期对宇宙的探索过程中,科学家们发现了一个值得注意的现象,有一种元素几乎存在于每个星球上,它在相当一部分天体中还占到了主导地位,它就是氢元素。氢元素在地球上的存在并没有那么明显,但是在恒星中则尤为明显,因为一颗恒星有超过90%的元素成分都是氢元素。而它们之所以能够保持如此高含量的氢元素,是因为氢是进行核聚变反应最基础的元素。

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  随着核聚变反应的不断进行,氢元素形成氦元素,氦元素形成锂元素,以此类推下去,伴随着反应的深度进行,会有越来越重的元素形成。直到核聚变形成了铁元素之后,一颗恒星的寿命就面临着终结。既然恒星能够通过核聚变反应将最初的氢元素演变成最终的铁元素,那为什么恒星没有相应地演变成一颗铁球呢?

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  要想弄清楚这个问题首先需要了解核聚变的产生机理。天体物理学家通过长期的研究发现宇宙存在四种基本力,万有引力是其中最弱的力,因为它只表现出吸引力。尽管如此万有引力具有无限叠加性,这让理论上的引力范围可以去到无穷远,这也是为什么每一颗星球都存在一定范围的引力范围。恒星在形成之初由于引力的作用使得核外的物质不断地向内压缩,而压缩的过程会产生大量热量,从而形成高压高温的环境。

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  在这样的环境下原子容易发生变化,其中最普遍的现象就是原子的融合,原本两颗较小的原子核合并成一颗较大的原子核,这就是核聚变的本质。核聚变反应会对外释放出大量的能量,这也是太阳能够持续燃烧的根本原因。但是随着核聚变反应的深入进行,会有越来越重的新元素形成,而越重的元素所要进行核聚变的条件就越苛刻,因此从整体上看一颗恒星的生命历程就会经历“旺盛”发展到衰落。

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  但并非所有的核聚变反应都会对外释放能量,这就是铁元素无法作为反应原料继续进行核聚变的原因。科学研究发现当核聚变进行到产生铁元素的程度之后,这时候核聚变反应不但不会对外释放能量,还会不段地吸收外界的能量。而一颗恒星要保持稳定的状态,它需要时刻保持两种力的动态平衡,分别是向内的压缩力和向外的辐射力。但当有铁元素产生之后,恒星内部就会失去抵抗重力的能力,导致外部物质迅速坍塌,从而引起了壮观的超新星爆炸。

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  超新星爆炸是多种恒星的最终归宿,也是恒星最终无法变成一颗“铁球”的主要原因。从中我们可以得到启发,万事万物的发展都存在一定的限度,一旦超过了限度,事物就会迎来终结,对宇宙的天体发展是如此,对地球上的生命发展也是如此。

  

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