宇宙的氢是怎么产生的(宇宙中最多的是氢)

在宇宙诞生之初,最先出现的物质就是氢和少量的氦,因为这两种元素是原子序数最小的,也是质量最轻的,所以也最容易形成。

氢原子只有一个质子,而氦原子也不过只有2个质子和2个中子,自然就成为了最早来到这宇宙中的物质形态,即便是现在,氢和氦也占据了宇宙中物质总量的98%,而其余的元素则共享余下的2%。宇宙虽然是氢和氦的世界,但地球上却并非如此。地球大气中谁才是主角?氧气吗?并不是,是氮气。地球大气的组成成分大体上是这样的:78%的氮气、21%的氧气、0.94%的稀有气体、0.03%的二氧化碳以及少量的水蒸气和其它气体。

宇宙的氢是怎么产生的(宇宙中最多的是氢)(1)

为什么地球大气的构成与宇宙物质的构成比例差距如此之大呢?一切还要从太阳系的诞生说起。

在宇宙诞生之后,氢和氦随之生成了,之后物质在相互的引力作用下逐渐靠拢形成星云,星云又逐渐凝聚形成恒星,恒星内部巨大的压力引发了聚变反应,通过核聚变,更重的元素相继出现了。虽然宇宙中的物质种类变得逐渐丰富,但氢和氦仍旧是宇宙中的主角。时间来到了距今大约50亿年之前,此时在今太阳系的位置上凝聚了一个由众多物质所组成的星云,我们称其为“太阳星云”。太阳星云已经不是元素种类单一的原始星云,它其中除了氢和氦之外,还有氧、碳、氖、铁、氮等其它元素,当然了,这些元素的占比是很小的,主角还是氢和氦。

宇宙的氢是怎么产生的(宇宙中最多的是氢)(2)

后来,太阳星云发生了引力探索,星云的体积变得越来越小,密度变得越来越大,终于,一颗新的恒星诞生了,它就是太阳。

在太阳形成之后,剩余的星云物质在太阳的引力作用下围绕太阳继续运行,并逐渐凝聚成为各种各样的太阳系天体。最初太阳系中的天体数量是十分庞大的,后来随着不断地碰撞合并,最终形成了如今的样子。既然星云中最多的物质就是氢和氦,而地球又是由星云物质凝聚而成,为什么地球大气中却不见氢和氦的身影呢?氢和氦之所以是宇宙中最多的元素是因为它们轻,而地球大气中没有,同样也是因为轻。

宇宙的氢是怎么产生的(宇宙中最多的是氢)(3)

地球并不是一颗很大的行星,它的质量约为5.965X10∧24千克,如此规模的行星,其引力是不足以束缚住氢气这么氢的气体的,所以氢气就越飞越高,飘散到宇宙中去了。

不过好在氢氦算是一种比较活跃的元素,所以很多氢元素便与氧元素结合成为了水,以这种特殊的形式保留在了地球之上。除了氢之外,氦就是最轻的元素了,但与氢不同,氦是一种极其稳定的元素,几乎不与任何物质发生反应,所以在地球形成之后,氦气便全部飘散到了宇宙之中,一点也没有剩下。那么地球上现有的氦气是从何而来的呢?在地球内部存在着一些放射性元素,这就是氦气的来源。

宇宙的氢是怎么产生的(宇宙中最多的是氢)(4)

铀238和钚232在衰变的过程中会释放一个阿尔法粒子,其包含了两个质子和两个中子,本质上就是一个氦原子核,氦原子核被释放出来之后马上会获得两个电子,于是一个氦原子就产生了。

氦气产生之后会混在地下的天然气中,在开采天然气时通过分离获得。然而这些重元素的衰变周期动辄几十亿年,所以氦在地球上绝对是一种稀有资源。地球大气中没有氢和氦是因为它们轻,那么为什么会有这么多氮气呢?因为氮气的化学性质十分活跃,早在星云中时,它们就与氢反应成为了NH3,也就是氨气。氨气算是一种很重的气体,所以无法摆脱地球引力,就都留在了地球上。

宇宙的氢是怎么产生的(宇宙中最多的是氢)(5)

在地球原始大气中,最多的并不是氮气,而是氨气,那么氨气又是如何变为氮气的呢?这是太阳光的功劳。

当太阳光照射到地球上后,短波辐射会使氨气发生分解,分解之后的氨气会变为氮气和氢气。没有悬念,分解生成的氢气会忙不迭地向宇宙中逃逸,而氮气却被地球引力给牢牢束缚住了,因为氮气是一种比氨气更重的气体,它的分子量大约为28,而氨气仅为17。随着时间的推移,氨气逐渐减少,氮气逐渐增多,于是地球大气就变为了氮气的世界,直到后来,随着植物在地球上出现,大量的氧气通过光合作用生成了,于是氧气才在地球大气中占有了一席之地。

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