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宇宙中的氢元素是哪里来的?为什么总也消耗不完?

虽然以现在的航天科技水平,我们人类暂时还不能在广袤的宇宙中遨游,但是我们还是可以利用各种精密的天文观测仪器来一睹宇宙的风采。我们都知道,目前的太阳内核正处于最初级的由氢到氦的反应,假如太阳是第一代恒星的话,那么它的成分就应该只有氢和氦这两种元素,但事实却证明太阳还包含了一些更重的元素,这就意味着太阳中的这些较重元素来自于上一代的恒星,也就是说,太阳至少是第二代恒星。

那么问题就来了,宇宙中的氢元素用不完吗?为什么恒星消亡后又会形成新的恒星?这就要从发生在137亿年前的“大爆炸”说起。当时,整个宇宙都处于一个急剧膨胀以及迅速降温的状态,在这个过程中的某一段时间里,宇宙的温度和密度非常适合轻核聚变的标准,因此在这段时间里形成了大量的氦原子核以及微量的其他轻元素。紧接着,宇宙通过核聚变反应就生成了占其总质量大约25%的轻元素,其中绝大多数都是氦。

因此我们可以知道,太阳通过核聚变产生的氦远远没有想象中那么多,相应的其消耗的氢也比想象中要少得多。事实上,只有太阳核心的氢在参与核聚变,而太阳外层的氢,却会因为其内部强大的辐射压而永远无法到达太阳的核心。根据科学家的计算,即使在太阳消亡的那一刻,它也只能消耗掉自身10%-30%的氢。而那些质量巨大的恒星,其内部核聚变产生的辐射压比太阳更为强大,因此在这些恒星消亡后,还会剩下更多的氢燃料。

恒星内部核聚变反应的剧烈程度与其质量的大小息息相关,质量越大,反应就越激烈,相应的这颗恒星的寿命就越短。那些质量巨大的恒星,大多数都是在“燃烧”百万年左右之后,就通过超新星爆发的方式消亡了,在这个过程中,它们将自己一生所创造的元素,以及大量未参与核聚变反应的氢元素抛洒到宇宙空间里,而它们的残骸就形成了中子星或者黑洞。质量中等的恒星,则会在宇宙空间中留下一大片行星状星云。

因为宇宙中的氢元素本来就非常多,而恒星只占了极少一部分,并且恒星消耗氢的效率也非常低,所以宇宙中的氢元素总量也下降得非常缓慢,看上去就像宇宙中的氢元素用不完一样。事实上,从宇宙诞生到现在的137亿年的时间里,宇宙中的氢元素总量几乎没有什么明显的减少,也就是说,我们的宇宙还可以在未来很长很长的一段时间里保持星光灿烂。

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