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元素的形成之旅

宇宙中的物质丰富多彩,大到天体,小到尘埃,都是由元素组成的。随着科学研究的深入,人们发现了越来越多的元素,但元素的起源曾经困扰科学家们很长一段时间,直到我们在宇宙大爆炸理论中找到了答案。

宇宙大爆炸之初,所有的元素都不存在。宇宙像是熬着一锅热腾腾的“粒子汤”,从最开始的夸克和胶子,形成质子和中子后组成原子核,再结合电子即可形成原子,宇宙从此开启了漫长的合成元素之旅。

大爆炸以及宇宙射线带来了元素周期表的前几种元素——氢、氦以及少量的锂、铍、硼。当宇宙尘埃和气体从大爆炸中冷却下来,形成恒星,然后这些恒星聚集在一起形成星系。在自然界中发现的其他86种元素就是在一些大大小小的恒星以及超新星爆发中的核反应形成的。

恒星是元素的主要生产者,比如我们的太阳,在其核心内的高温高压迫使氢的原子核融合在一起聚变为氦。当恒星将氢消耗殆尽后,恒星就会开始消亡。这个垂死的恒星膨胀成一个红巨星,且开始融合氦原子来制造碳原子。

恒星制造元素的种类与其质量有关,小恒星只能合成像碳、氧等轻元素,而大恒星才能逐渐形成从氧到铁等更重的元素(周期表中越往后的元素越重)。但是由于能量的问题,大恒星上的核聚变反应也不是一直能够进行下去、无限合成越来越重的元素。

那么比铁还重的元素应该如何形成?当大恒星演化到后期时,核内的铁积攒到一定程度,就会发生大规模的爆发,科学家称为超新星爆发。而爆发中所释放的大量能量就可以进一步合成铁之后的元素,如铀和金。而且随着爆发,所有这些元素都被喷射到非常遥远的地方,我们因此才在地球上看到了如此丰富多彩的元素。

而除了这91种自然存在的元素,周期表上的其他元素是人工合成的。科学家们发现,通过在粒子加速器中将原子相互碰撞,就可以制造出新元素。这才形成了我们现在所看到的排满了七个周期的118种元素的周期表。当然,很多人都相信,这个并不是周期最终完整的样子,下一个周期的元素还等待我们继续去发掘。

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