遨游宇宙系列之银河系

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第42章 元素周期表的宇宙工厂。

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“看,新的‘积木’诞生了!”我指着模拟过程中跳出来的碳和氧的原子模型,“碳,是地球上所有生命骨架的基础;氧,是我们呼吸所需。这两种至关重要的元素,就是在恒星演化的这个阶段,由氦‘燃烧’产生的。这个过程,就像工厂的‘中级车间’开始运转了。”

傅愽文睁大了眼睛,他似乎很难想象,构成他身体、他呼吸的空气,竟然源自这样一颗遥远、垂死恒星的内部熔炉。

“那……更重的积木呢?”他追问道,逻辑清晰,“铁呢?还有您上次说的,妈妈戒指上的金子呢?它们也是这么‘烧’出来的吗?”

“问到关键了!”傅教授眼中闪着光,“像铁这样的元素,确实可以在非常大质量的恒星内部,通过一步步的聚变产生,比如碳聚变成氖和镁,氧聚变成硅和硫,最后硅聚变成铁。但是,聚变到铁这一步,就遇到大麻烦了。”

他放大了模拟图像中恒星核心的铁核部分。“铁原子核是所有原子核中最稳定的,就像一座结构完美、异常坚固的堡垒。继续聚变它,不仅不会释放能量,反而需要吸收巨大的能量。这就意味着,对于恒星来说,‘烧铁’是一笔亏本的买卖,它不能再为恒星提供对抗引力的辐射压。”

模拟图像中,恒星的核心因为“燃料”耗尽,辐射压骤减,巨大的引力瞬间失去平衡,导致整个核心以惊人的速度——每秒数万公里——向内坍缩。

“这就是我们上一章看到的超新星爆发的序幕!”我适时地将两章知识连接起来,“这场灾难性的内爆,会产生极端到无法想象的条件:温度高达数十亿度,密度堪比原子核,还有海量的自由中子像暴风雨一样充斥空间。”

傅教授将画面切换到超新星爆发的瞬间,重点标注出两种关键的元素合成过程:“在这种地狱般的环境中,宇宙元素工厂最神奇、也是最重要的‘高级车间’——‘r-过程’(快中子捕获过程)和‘s-过程’(慢中子捕获过程)——开始全力运转!”

他首先解释了“s-过程”,这主要发生在质量较小的老年恒星(如红巨星)内部,相对温和。“这就像慢工出细活,”我配合着用比喻向愽文解释,“铁原子核像一颗种子,慢慢地、一个一个地捕获路过的好新中子,逐步‘长大’,变成更重的元素,比如锶、钡、铅等。这个过程比较缓慢,所以叫‘慢过程’。”

“而真正负责制造黄金、白银、铀这些最重、也是最珍贵元素的,是‘r-过程’!”傅教授的声音带着一种揭示宇宙终极奥秘的激动,“只有在超新星爆发或者中子星合并这样极端猛烈的事件中,中子流才会如此密集、如此狂暴。铁种子在这里不是慢慢吸收营养,而是被中子暴雨瞬间淹没,在短短几秒钟内疯狂地捕获大量中子,瞬间‘催熟’成一系列极重的、不稳定的原子核,这些原子核再通过放射性衰变,稳定下来,就变成了像金、银、铂、铀这样的元素!”

为了让愽文更直观地理解,傅教授启动了一个互动式的全息元素周期表。这张表格悬浮在船舱中央,大部分格子还是灰色的。

“现在,愽文,让我们来点亮这张‘宇宙积木清单’!”傅教授说。

他首先指向第一个格子,“H,氢。这是宇宙大爆炸直接产生的,最原始的元素,是宇宙中含量最丰富的‘积木’。”

愽文用手指轻轻一点,那个格子亮起了柔和的蓝色光。

“He,氦。大部分也是大爆炸产物,少量由恒星氢聚变补充。”第二个格子亮起。

接着,随着我们的讲解和飞船对周围不同恒星的扫描分析,周期表上的格子一个个被点亮,仿佛在讲述一个宏大的宇宙创世故事:

· Li, Be, B(锂、铍、硼): “这些轻元素,大部分是由高能宇宙射线轰击更重的元素,像凿子一样把它们‘凿碎’而产生的。”傅教授解释道。

· C, N, O, F, Ne……直到 Si, S(碳、氮、氧……硅、硫): “这些元素,主要是在不同质量恒星的核心,通过一步步的核聚变‘燃烧’产生的。它们是构成岩石行星和生命体的主要材料。”我一边说,一边看着代表碳、氧等元素的格子接连亮起温和的绿色光芒。

· Fe, Co, Ni(铁、钴、镍): “这些是恒星聚变所能到达的终点,是恒星核心坍缩前的‘骨灰’。”傅教授指着周期表中间区域亮起的红色格子,“它们的出现,也敲响了恒星的丧钟。”

· Cu, Zn, Ga…… Ag, Cd, In……(铜、锌、镓……银、镉、铟……): “从铜开始,后面的重元素,主要就依靠‘s-过程’和‘r-过程’了。”我解释道。当代表“Au”(金)的格子被傅教授特意点亮,发出璀璨的金色光芒时,愽文发出了“哇”的一声惊叹。

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