地球上比铁元素大的元素是哪里来的？

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地球

如果仅仅从元素的角度来看，地球在宇宙中绝对是异类。为什么这么说呢？

在宇宙中，99%以上的元素其实都是氢元素和氦元素，它们是元素周期表最靠前的两个元素。而地球上的氢元素都是来自于此。

氦元素绝大部分来自于此，还有少数来自于放射性α衰变的产物。

但我们要知道的是，在地球上氢和氦的占比并不高，地球上还存在大量其他元素，也就是说， 构成地球的主要元素都集中在宇宙中那不到1%的占比的元素当中，地球简直就是一个稀缺的存在。 这也是为什么地球不是一个气态星球，而是一个岩石星球的主要原因。也就是说，地球自打形成的那一刻起，就战胜了宇宙99%以上的玩家。

不过在太阳系中不仅仅地球是这样，水星，金星，火星也是如此。那这些重元素是从哪里来的呢？实际上主要有三条路径，分别是：

接下来，我们一个个说一下。

恒星核聚变

在宇宙中， 铁元素之前，氦元素之后的这些元素的主要来源是恒星的核聚变 。一般来说，恒星一开始是氢和氦构成的，并且质量巨大，在引力的作用下，内核温度和压强急剧升高，在隧穿效应的作用下，引发了温和的核聚变反应。这时候的恒星更像是一个元素的炼丹炉，一开始的燃料是氢原子核，炉渣是氦原子核。也就是说，原子序数升了一位。这个过程主要有两个路径，一个叫做碳氮氧循环，一个叫做质子-质子反应链。无论是哪种，本质上都是氢原子核核聚变反应生成氦原子核。

而但恒星内核的氢原子核烧的差不多时，并且恒星的质量足够大时，恒星就会进行换挡，引力进一步压缩内核，使得内核足以引发氦原子核的核聚变反应。因此，此时的燃料是氦原子核，炉渣是碳原子核和氧原子核。

同样的道理，如果氦原子核烧的差不多时，并且恒星的引力也足够大时，就会继续引发碳原子核的核聚变反应。

就这样， 只要质量足够大，就可以继续引发核聚变反应，一直达到铁原子核。 你可能要问了，为啥会到铁原子核？

超新星爆炸

实际上，如果我们从原子核的角度来看，铁原子核是最稳定的原子核，没有之一。我们也管这个叫做比结合能最大。说白了，就是掰开或者聚合出一个铁原子核的难度是最大的。

这也使得铁原子核的核聚变反应条件特别苛刻。

一些特大质量的恒星，实际上能够达到铁核聚变的反应条件，但与此同时，整个恒星会变得非常臃肿，由于温度实在太高，各层都会相继进行核聚变反应。在此之前，恒星的核聚变可是一直都在内核进行的。

当真的到达了铁原子核核聚变的条件时，光子会击碎原子核，释放出质子和中子，质子会和自由的电子结合生成中子和中微子，同时内核在引力的作用下收缩，如果中子的简并压能够扛住引力，那么就会成为一颗中子星，如果扛不住，就会形成一个黑洞 。

上文我们也只是说了恒星的内核的演化，实际上，几乎与此同时 ，恒星会发生剧烈的超新星爆炸，并且生成大量的原子序数高于铁元素的原子。 不仅如此， 这些元素会被抛洒到太空当中成为星际物质 。

中子星合并

实际上超新星爆炸所产生的高顺位元素也只是一部分而已， 像金元素、银元素等稳定的元素，并不完全都是依靠超新星爆炸 。依照目前最新的研究结果，科学家发现， 这些元素更多的是来自于中子星的合并 。

中子星的合并在宇宙中是极为罕见的现象，也因此，这类元素的含量占比是极其低的，物以稀为贵，所以说，金子那么贵并不是没有道理的。

地球自身的引力不足以引发地球内核产生核聚变反应生成新的元素 。因此， 地球上的元素都是上一代恒星演化过程中留下来的。 也就是说，在46亿年前，太阳系附近的位置，很可能存在一颗大质量的恒星，后来发生了超新星爆炸，而地球上的这些原子序数很高的元素就是来自于这颗恒星和超新星爆炸抛洒出来的星际物质。

但这里就会有个问题，那咋没有留下一个黑洞或者中子星呢？

目前来看， 很有可能是太阳原本并不在银河系内。其实在距今134亿年就银河系初见规模了，但并不像现在这样，现在的银河系是“吃”出来的。说白了就是吞并其他的星系。而太阳有可能是因为被银河系吞并才来银河系内部的，这也就能解释为什么太阳系周围没有留下一个中子星和黑洞。 不过，这目前也只是一种猜测，并没有得到证实。

天文学与粒子物理学

20世纪初，随着相对论和量子力学的提出，人类观测技术的提升，人类对于宇宙的认知也就相应的提升。

这时候就出现了一些问题，那就是宇宙的起源和物质的起源，这些都成为了科学家们的触手可及的命题。但是当时很多科学家是一头雾水的，因为他们不知道用什么样的手段去研究这些课题。后来，一群粒子物理学家加入到了这个研究行列当中。其实当时很多人都觉得这根本就是风牛马不相及的。

毕竟，粒子物理学家们都是研究小尺度的问题，可是宇宙的一些问题，都是大尺度上的。可万万没有想到的是，正是这些粒子物理学家实现了天文学，物理学双重的大跨越。他们利用核物理学解决了“太阳为什么会发光？”、“宇宙是如何起源的？”等问题，其中他们把元素的起源和恒星的演化合并成为了一个问题来解决，并且最终解决了这些问题。

我们要知道的是，地球的内核温度不到6000度，地球自身是没有办法合成元素的。地球上的元素实际上都要比地球年长许多，至少都有45亿年以上的寿命，来自于至少是上一代甚至是上两代的恒星。那具体是咋回事呢？

恒星：元素炼丹炉

我们都知道，恒星的燃烧本质是 核聚变反应 。但是实际上这个核聚变和我们地球上人类发明的氢弹是不太一样的。人类要点燃一颗氢弹，一般会像点着原子弹，原子弹可以创造出一亿度以上的环境，这时候就可以达到氢弹的引爆条件。

而宇宙中绝大多数的恒星内核是达不到这个温度的，就拿我们的太阳来说，太阳内核的温度仅仅只有1500万度。这距离1亿度的要求还想去深远，理论上点不着的。

那为什么太阳还能燃烧呢？

不知道你有没有想过，太阳为什么没有像氢弹那样一下子全炸了？

这其实是一个问题。太阳的温度足以点燃核聚变反应。但是由于太阳是等离子态，意思就是说，其中的原子核，电子等粒子是自由移动的。电子已经摆脱了元素的束缚。这就意味着原子核就有一定的概率发生核聚变反应。

但是由于原子核都是带正电，同种电荷相排斥，所以这个反应从宏观的视角来看是不可能完成的，这需要输入大量的能量才有可能实现。可是在微观世界中是和宏观稍稍不同的。微观世界中存在着一种量子隧穿效应，意思是说，即使需要大量能量才能实现的反应，在微观世界里也有极低的概率会发生。这个概率大概就是一对原子核发生核聚变需要10亿年左右的时间。关键是太阳足够大，粒子数足够多，所以这个反应就会被点燃，但是只能慢慢地反应，而不能氢弹那样一下子全炸了。

在恒星内部，首先发生的反应是氢原子核的核聚变反应，生成的氦原子核。在内核氢原子核烧得差不多时，恒星内核会在引力的作用下极度收缩，直到诱发氦原子核的核聚变反应，生成碳原子核或者氧原子核。（这里补充一点，有的恒星质量不够，所以引力不够，就不会诱发这个反应，后面也是一样的。）

当氦也烧完之后，就会继续碳原子核和氧原子核的核聚变反应。你就应该能感觉到，这个过程就是不断的生成原子序数更大的元素。

只要恒星的质量足够大，就可以一直沿着元素周期表原子序数增大的方向合成原子序数更大的元素，一直到铁元素。

铁之后的元素咋来的？

铁原子核是最稳定的原子核，这意思是说，想要让铁原子核发生核聚变反应是十分困难的，需要输入大量的能量。

但是只要恒星的质量足够大，就还可以引爆自身，这也就是 超新星爆炸 。在这个过程中，就会产生一部分原子序数比铁更大的元素。

而在超新星爆炸的同时，恒星一般会留下一个中子星或者黑洞。

它们都是宇宙中致密的天体。其中中子星如果和另外一个中子星相遇，就会发生合并。

在这个合并的过程中，还会产生大量的原子序数比铁原子大的元素，比如：金和银。这其实也是为什么铁元素之后的元素都比较少的原因。

也就是说，地球上的这些比原子序数比铁元素更大的元素其实来自于上一代恒星的超新星爆炸，或者来自于更上一代的恒星的超新星爆炸。甚至有可能是来自于一场中子星的合并。

宇宙中最初的元素，那就是1号元素氢与2号元素氦，其中，氢在宇宙中的丰度占据了起初物质的75%，剩下25%的就是氦，没有其他元素，至少是在当前的理论中是没有其他元素的，因为氢氦以上的元素都是在恒星形成之后才得以聚合诞生的。

恒星是宇宙中的氢氦气体堆积聚合，然后再通过引力的作用将它们周边更多的氢氦气体吸纳过来而成的一种巨大的气体团，当气体团的质量大到一定程度，引力收缩致使其内部高达可启动核反应的温度条件时，气体团也就燃烧起来了，这时它也就形成了恒星了。恒星的燃烧本身是一种核聚变的反应，起初的聚变方式是氢（H）聚合成氦（He），然后再进一步聚合成碳（C）→氧（O）→氖（Ne）→镁（Me）→硅（Si）→硫（S）→钙（Ca）→铁（Fe）。对这一点，我们需要清楚的是，我们的太阳虽然也是恒星，但是它没办法拥有这样的能力，它本身所具有的质量最终只能聚合到碳氧白矮星这一步，即它最终所能达到的核聚变温度只能是完成聚变到碳跟氧元素而已，只有8倍太阳质量以上的恒星才能完成以上这一条最终生成铁（Fe）的链。

因此从恒星本身的聚变中诞生出铁以上的元素，那几乎是不可能的（不过有理论说，一些超大质量的恒星，在末期有可能会生成这种恒星聚变后期可能质量更大的钴（Co）和镍（Ni））。那么，一个很多人都想知道的问题，我们地球上比铁元素大的元素是从哪里来的？

要说这个问题，我们先要明确一点的就是，实际上我们的太阳至少是属于二代恒星了，二代恒星的意思就是，它的诞生是建立在初代恒星死亡后的物质基础上形成的。正因为太阳是二代恒星，所以这才会有像了我们地球，火星，金星，水星，月球以及其他的岩类行星的存在，假如太阳是初代恒星，那在太阳的形成之处周边广阔的宇宙空间将全部都是由氢和氦组成的星云，在太阳还没形成红巨星将其外壳抛出来之前，太阳系之内几乎是不可能会出现氦（He）以上的元素的。因此，我们太阳系的物质基础必然就是其他恒星死亡后所留下的残骸，可是前面说过了，恒星的演变最终也只能到铁（Fe）为止，铁以上的元素到底是从哪里来的？

宇宙中铁以上的元素是由超新星爆发而产生的，因为只有超新星爆发时所具有的温度才能再将气体的元素进一步的聚变铁以上的重元素，因此，无论是我们地球还是什么其他的宇宙空间中，比铁重的元素均来自于超新星的爆发。

超新星爆发是一些大质量恒星演化至末期时所发生的一种剧烈大爆炸。当大质量恒星末期内部的核聚变停止了，它失去了可抗衡引力收缩的热膨胀力，这时的力失去了平衡而致使星体全部的物质往中心坍缩，大量的引力势能得以在短时间内突然且大量的释放，最终导致整个恒星失控而产生爆炸。在超新星爆炸的过程中，其所产生的温度是其一生前所未有的，也正是这瞬间所产生的前所未有的温度才借机合成了大量比铁重的元素。

超新星的爆炸将它爆炸时所产生的大量重元素给抛向了广阔的宇宙空间，其中就有大量的抛到了我们太阳系。据一些研究理论推测，正是因为超新星爆炸时将其大量含重元素的物质给推向我们太阳系形成前的气体尘埃，然后将这些气体尘埃集聚成团，最终才慢慢地演化出了太阳，地球，火星，木星以及其他的系内星球。其实这也就是为什么我们太阳系内的绝大部分星球是在同一时期形成的原因，因为在有超新星爆炸推动干扰太阳系内的气体云的时候，气体云才能更快速地聚合旋转，太阳，以及各大行星才在这个时候因物质的堆积而越变越大，然后都依靠它们集聚起来的引力将它们周边的物质给吸纳了，最终也才形成了今天的这副模样。

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剑河县17020984052： 地球上原子序数比铁高的元素哪里来的? - ？
佼音千柏： 在恒星内部的核聚变中,不可能产生比铁重的原子核,比铁重的核只能在超新星爆发中产生,所以所有比铁重的恒星都是来自于超新星爆发. 我们的太阳是第二代恒星,在比50亿年更早的某个时候,曾经有一个第一代恒星在我们太阳系的位置...

剑河县17020984052： 地球的重元素是如何形成的 - ？
佼音千柏： 地球与太阳系所有星球一样,都来自于银河系中一大团星际气体尘埃云的引力收缩. 在至少50亿年前,银河系中有一颗大质量恒星演化到了晚期,成为一个巨型的“洋葱头”,其结构如下.向左转|向右转最外层是最轻的元素氢,越向内,...

剑河县17020984052： 比铁更重的元素是怎么形成的?？
佼音千柏： 以(Fe为起始物质,通过连续快中子俘获反应生成富中子核素的核过程.质量数 A>209的全部核素都是由r过程合成的.r过程由于生成的重核发生裂变而截止,一般认为截止点在质量数A为260附近(见图[s过程和r过程建造重元素的中子俘获路线图]).r过程在超新星爆炸时产生,持续时间为数秒钟.反应所需的大量中子由超新星爆炸提供.

剑河县17020984052： 身边的比铁重的元素 都是 古老的 超新星爆炸 所形成的吗.. - ？
佼音千柏： 凡比铁更重的元素肯定都是超新星爆发时形成的!这是因为:从氢核聚变起始的核聚变,原子量越大,则聚变启动的所需温度越高,而其聚变释能率却越低,当聚变到铁元素时,由于铁元素特别稳定,聚变时不再释能(超过铁元素的聚变不但不...

剑河县17020984052： 地球上的重金属元素从哪儿来的? - ？
佼音千柏： 我们知道,在恒星内部,通过核反应最高只能聚变出铁元素.铁56的比结合能最大,再要合成更重的元素,就不是放热反应,而是吸热反应了,因此更重元素无法通过核聚变来产生.那是不是所有重元素都来自超新星或双中子星合并呢?也不尽...

剑河县17020984052： 据说只有在超新星爆发时才会产生重于铁的元素,那么地球上为什么有那么多重元素? - ？
佼音千柏： 地球上的这些重元素归根结...

剑河县17020984052： 不再聚变,那比铁更重的元素,如铅是怎样产生的 - ？
佼音千柏： 银等),星爆能量可以使元素聚合为铁以上的重元素(例如金重元素中铁原子以上到银还可发生聚变,但该部分聚变不释放能量反而吸能;银既不聚变也不裂变:相对较轻的元素由早期的超新星爆发制造.显然恒星内的一般聚变反应无法产生重元素,宇宙中的重元素来源主要有两种方式;多数高原子序数的元素需要极高能量才能产生,特别是放射性物质在我们可观测到的宇宙中没有能够提供如此高能量的情形,所以应当是在创世大爆炸后短期高温高压时才能形成

剑河县17020984052： 地球的重元素是从哪里来的? - ？
佼音千柏： 个人觉得应该还是来自超新星爆发的时候合成的重元素.而且,地球的质量和太阳相比微乎其微,这些重元素对地球来讲比重很大,但对于太阳来讲则是微乎其微的.何况,地球等轨道靠内的行星距离太阳比较近,在形成的早期,在太阳风强劲的吹动下,较轻的元素挥发的比较多,所以地球等靠内的大行星上能看到较多的重元素,而木星等靠外的大行星则以氢、氦等轻元素为主.

剑河县17020984052： 重金属,氢,这些物质是怎么形成的? - ？
佼音千柏： 不同元素有不同形成原因:氢元素和大部分氦是在宇宙产生初期形成的除氢以外原子量小于铁的元素是在恒星核内聚变形成的原子量大于铁的元素是在超新星爆炸时形成的,所以在宇宙中十分稀少至少50亿年前,太阳系位置附近有一颗超新星爆发,这就是地球上为什么有大量重元素的原因

剑河县17020984052： 铁是从哪里来的? - ？
佼音千柏： 恒星内部,原子核从氢氦开始慢慢变重,最终只能到铁,因为铁元素最稳定,铁之后的元素都是在恒星死亡的时候大爆炸的过程中产生的,地球上有高于铁的元素,如果地球和太阳是同源的,而不是外来的话,那么太阳一定是二代以上的恒星,什么是二代以上的恒星呢?就是宇宙大爆炸之后直接形成的恒星是一代恒星,死亡之后的尘埃再变成恒星,就是二代恒星,还有三代四代等.一代恒星都是金属丰度很小的,二代三代金属丰度逐渐增加,从太阳的光谱中也可以看出来,太阳是二代或者二代以上的恒星,也就是其他恒星死亡后的尘埃重新形成的恒星.