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元素工厂
之前的专栏讲到了黄金是在濒死恒星的最后时刻产生的,那个荡气回肠的过程我并没有很详细地展开.但是,对于我们这个已知世界来说,恒星的一生扮演的是上帝的角色,几亿年、几十亿年甚至上百亿年的时间中,它们通过发光发热制造着构建万物的元素,这个过程就该浓墨重彩地被了解、被解读.
我们选取一颗天文学界最熟悉、最迫切关注的超大恒星——参宿四,来解读一颗恒星的一生都在做什么.为什么选择参宿四,原因有二：第一,它是离我们最近的超红巨星之一,是一颗位于猎户座星云的生命即将走到尽头的超大恒星.近十年的观察显示,参宿四的亮度在这么短的时间内降低了15%,以宇宙尺度来衡量,它的衰变速度简直是白驹过隙.因此它是一颗极不稳定的、随时都有可能超新星爆发的濒死恒星.第二,太阳虽然也是能够制造元素的恒星,但它的质量还不够大,超新星爆发之后无法制造足够猛烈的坍缩和反弹来重启重核聚变反应,太阳的一生很难制造元素周期表排名靠后的那些重金属元素.而参宿四是迄今为止人类发现的最巨大的恒星之一,它的半径是太阳的1000倍左右,表面温度是太阳的10万倍,体积是太阳的325万倍,如果它和太阳同心,其表面更可盖过木星轨道.这样巨型的恒星,有着重启重核聚变的引力势能,能够完成太阳到死都完成不了的超极端聚变反应.
越重的恒星寿命越短,参宿四的年龄比太阳小得多,只有1000万岁.在它的前半生,它做了和太阳一样的工作——把自身的氢燃料逐渐地产生聚变反应生成氦元素,释放的巨大能量使它成为猎户座最亮的所在.
千万年的疯狂聚变反应很快就消耗掉了数量惊人的氢元素（太阳一秒钟尚且需要消耗掉10亿吨氢元素,更何况参宿四这样的庞然大物）.当最后一些氢元素也被消耗殆尽的时候,巨大的质量产生的引力坍缩打破了力的平衡,参宿四开始向核心坍缩.注意,从这时开始,参宿四就正式步入死亡通道,随后的一切聚核反应都只是徒劳地与自身引力进行抗争.但正是这样徒劳的抗争才能一个一个生产元素周期表中的每一种元素.
由于质量足够大（是太阳的15倍）,因此坍缩之后核心部位形成的温度和压力高到能够重启氦原子核聚变,参宿四进入生命的第二阶段——燃烧氦元素,聚变产生碳和氧元素.这是一个漫长的过程,但远远短于前半辈子消耗氢元素的时间.
当氦元素消耗殆尽之后,恒星在重力影响下再次坍缩,到某一临界点下,更高的温度（8亿摄氏度）时,重启碳元素核聚变反应,形成镍、钠和镁.重启的聚变反应让恒星膨胀,形成现在我们看得到的样子.全部碳元素聚变反应的时间又要短于氦元素聚变反应的时间.
如此反复下去,直到硅元素聚变成铁元素,由于铁元素比结合能最大,聚变成铁元素消耗掉的能量和聚变后产生的能量相等,因此恒星生产到铁元素之后,就无法再通过原生聚变反应生成新元素了.直到参宿四将内核的所有元素一步步全部聚变成铁元素之后,它的核心就变成一团巨大的、高温的、高压的铁球.聚变反应结束,参宿四的生命只剩下短短的15秒左右.1000万年的燃烧只为等待这最后的、最绚烂的15秒.
膨胀到最大体积的参宿四会在十几秒内向核心坍缩,十几秒内,比太阳体积大300多万倍的参宿四就会坍缩成地球大小的小点.坍缩的速度接近光速,巨大的挤压能量使物质在到达核心处时又被剧烈地弹开,这些巨量的物质以接近光速的速度被弹开,与恒星外层还在以近光速向内坍缩的物质产生碰撞,这种碰撞产生了宇宙中最高的温度——1000亿摄氏度,难以置信的温度和压力之下,只有在这样的剧痛之下,参宿四四分五裂的躯体才得以将聚核反应继续下去,最终产生元素周期表中铁元素之后的所有元素.
这个过程就是超新星爆发,它同时产生宇宙中最高的亮度.一颗恒星绚烂的死亡之光亮度足以抵得过银河系千亿恒星亮度之和.
参宿四现在极不稳定,或许是百万年后,或许就在明天,它就会超新星爆发.虽然它距地球640光年之遥,一旦爆发它就会成为我们天空中的第二颗太阳.这光芒会持续两周左右,然后一切归于沉寂,猎户座的右臂将不复存在.剧烈的爆炸产生的所有元素都会被抛散到太空,产生星云,作为原材料形成新的恒星、星球.组成我们自身以及世界万物的所有元素,就是在这种极端剧痛之中产生的,这是宇宙的奇迹、生命的奇迹.
元素论文范文结:
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