如上图所示,太阳诞生之初太阳系内一片混沌。
银河系内的恒星估计有2000亿颗,很多都是多星系统,其中75%是双星系统,就是由两颗恒星构成的恒星系统,这种条件下很难存在行星。以太阳系为例,木星的成分就与太阳的成分很相似,如果木星的质量再大上85倍左右,木星将会成为一颗恒星,而不是现在的气态行星。很幸运,太阳系形成之初,木星并没有足够的质量转化为恒星,否则太阳系也将是一个双星系统,估计也就没有地球什么事了。
行星探测器传回的数据表明,木星、土星等气态行星也拥有固态的内核。如果木星抛去外部的氢和氦等气态物质,余下的内核其实就是一颗岩质天体。太阳是一个高温等离子体,其实太阳也拥有固态铁镍质内核。
岩石行星更靠近太阳,而气态行星离太阳较远,这是因为氢、氦等元素较轻易挥发,在太阳辐射的长期照射下,便被驱赶到了太阳系外侧。这也就很好理解类地行星和类木行星在太阳系的分布情况了。
一切始于爆炸
看了科探菌的介绍,大家应该又产生了其它的疑惑。为啥星体都含有铁质核心?而岩石又主要由固定的几种元素构成?这得从宇宙中元素的起源和元素的丰度(元素的相对含量,通常以硅元素作为基准)说起。
现有的证据表明,宇宙很有可能起源于一场大爆炸。随着宇宙的扩张,温度逐渐下降,基本粒子开始结合形成原子,其中最简单、数量最多的便是氢原子。这些氢元素形成了宇宙中的第1批恒星,通过核聚变反应,在恒星的大熔炉中又诞生了其它较轻的元素。通常碳、氮、氧在恒星核聚变反应过程中的产出比较大。因为铁的结合能最高,很难发生核反应,因此恒星工厂也只能止步于铁。其它比铁还重的元素则诞生于恒星死亡的那一刻,也就是超新星爆发的那一刻,超新星爆发是宇宙中最壮烈的爆炸之一。只有在这样的高温高压条件下,才能聚变出金、银这种重型元素。
上图为超新星爆发后的遗迹
不管是宇宙大爆炸,还是恒星爆炸,总之岩石的形成与爆炸有关。人类已经在宇宙中发现了100多种元素,除了氢,其它元素不是形成于恒星内部,就是形成于恒星爆炸之时。
岩石由哪些成分构成早已注定好,宇宙中元素的丰度及其化学性质决定了岩石的可能种类。由于金、银等重元素在宇宙中的形成条件极为苛刻,因此它们在宇宙中的丰度很小,地球上岩石矿物中的含金量也注定不会太高。铁元素在宇宙中的丰度很高,并且还在增长,那是因为不仅轻元素会聚变为铁,重元素也会衰变为铁。恒星不断的将氢聚变为氦,因此氦在宇宙中的丰度也很高。按质量算,宇宙中71%都是氢,27%是氦,余下的2%是其它元素。
上图为宇宙中部分元素的丰度分布情况
宇宙中元素的丰度除了与元素在恒星中的合成过程有关,还与该元素的原子核结构的稳定性有关。通常原子序数为偶数的元素的丰度大大高于相邻的奇数元素;质量数为4的倍数的核素,其丰度也较高。
世界真奇妙,看似风马牛不相及的事物之间却存在联系。从石器时代到铁器时代,人类文明的发展进程竟然与宇宙中元素的分布规律存在联系,岩石的形成也与此有关。
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