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「元素家族——连载3」宇宙元素:氢(下)

作者:球王会 时间:2022-12-25 02:12
本文摘要:宇宙降生至今已经100多亿年了,第一代恒星已经寥若晨星。而第一代恒星在死亡以后,喷发出众多气体,有些继续集聚在一起,又形成第二代、第三代恒星,以及围绕它们旋转的行星、卫星等。我们的太阳就是一颗第二代或第三代恒星,我们地球上的石头、铜铁以及其他元素,都是来自于几十亿甚至一百多亿年前的恒星喷发出来的物质凝聚而成的。 【原始地球,其时太阳系还很杂乱,随处是小行星等不速之客,地面上如同地狱。

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宇宙降生至今已经100多亿年了,第一代恒星已经寥若晨星。而第一代恒星在死亡以后,喷发出众多气体,有些继续集聚在一起,又形成第二代、第三代恒星,以及围绕它们旋转的行星、卫星等。我们的太阳就是一颗第二代或第三代恒星,我们地球上的石头、铜铁以及其他元素,都是来自于几十亿甚至一百多亿年前的恒星喷发出来的物质凝聚而成的。

【原始地球,其时太阳系还很杂乱,随处是小行星等不速之客,地面上如同地狱。但这些元素都来自于之前的一次然而在我们的地球上,氢的品貌只排在第九位,很是之少,这是什么原因呢?原来,地球和木星、土星等巨行星相比,实在是一颗太小的行星了,引力太小,像氮气和氧气这种密度大一些的气体留在大气层,而像氢气、氦气这种很轻的气体在漫长的岁月中就逐步散逸到宇宙太空中了。氢比氦留的多一点是因为它的化学反映活性较强,一部门跟碳联合成甲烷,但甲烷的分子量也很低,所以也被太阳风吹走了,幸亏另一部门和氧联合生成水,留在了海洋里。

【太阳系最大的行星:木星,其质量相当于另外七大行星的2.5倍】而像木星这种巨行星,由于它们有足够强大的引力,可以将很轻的氢气留下来,因此它实际上是一颗氢的星球。太阳系内类似的另有土星、天王星、海王星,它们统称为"类木行星"。

未来,人类走向太空,木星、土星都将是很是重要的中转基地,可以供星际飞船增补氢这种核燃料。更况且木星的卫星:欧罗巴上有着富厚的水资源,我们下一集再详述。事实上,现在已经发现的太阳系外大多数行星都是这种"类木行星"。

一般来说,小于0.07个太阳质量的星球不具备足够的引力,无法发生足够的温度和压力让氢核聚合在一起,也就无法点燃星光。我们把它们称为"褐矮星",它们是不乐成的恒星。而类木行星比褐矮星还小,最小的褐矮星也有13个木星质量那么大,它们只能成为恒星的附庸,老老实实围绕可以发光的老大旋转。

【太阳系内四颗类木行星:木星,土星,天王星,海王星。(从左到右)都是主要由氢组成。】让我们仔细看看木星这太阳系内最大的行星,它的外貌是一层很浓重的大气,主要身分就是氢气,厚度可能有3000公里,在大气层下面,是一层很厚的液氢层,最焦点是科学家们设想的液态金属氢层,可能还包覆了中间的岩石和冰。

你说什么?氢不显着是非金属吗?怎么你跟我说金属氢?岂非氢气也能像金属一样发出银光闪闪的金属光泽?【木星和土星都有一个金属氢的焦点。有朝一日,我们会有能力把木星剖开,获取其中的金属氢资源吗?】其实,从化学的角度来说,金属意味着这种元素的原子易于失去电子,氢原子只有一个核外电子,原子核对它的控制很紧,在我们人类熟悉的压力情况下,氢原子只能以共价键的形式与其他原子共享电子,联合成氢分子,就是我们熟悉的氢气。而到了木星的焦点,在压力已经大到我们难以想象的水平,原子与原子之间的距离已经被压缩到了很小的田地,每个原子核周围都有十几个其他原子,这时候这些电子就可以像金属中的电子一样,在原子核的间隙中自由穿行,被各个原子核"共享",这就是金属氢。事实上,科学家在实验室里依靠高压已经获得了金属氢,只是压力一恢复,又回复到原来的状态。

人们设想,如果能获得容易储存的金属氢,由于金属氢的密度是液体氢的7倍,那将是越发灵巧优秀的燃料。可以肯定的是,这是一种理想的炸药,不用想它一定会被做成杀人武器用于战争,科学和人文,有时候确实是矛盾的。

【2017 年 1 月 26 日 Science 杂志报道哈佛团队在495GPa的大气压下乐成制得固第一代恒星喷发出的另一些气体散布在宇宙空间,由于引力不够,无法聚集成恒星,就形成了灰尘云,虽然我们说是"云",可是大多数要比我们地球上漂亮的云彩可要稀薄几万倍,其中最主要的物质就是氢。这些灰尘云给我们未来的宇宙航行带来了许多不确定性因素,只管它们很稀薄,可是对于高速航行的星际飞船来说,就好比是高速的子弹,而且由于他们特别稀薄,也很难被提前发现,这真是宇宙中的黑谋害手。【猎户座马头型灰尘云,看起来气势磅礴,如同徐悲鸿笔下的天马行空。】措施总比问题多,1960年,美国物理学家巴萨德提出了一种冲压发念头,他在飞船头部设计了一个庞大的漏斗,其中有一个庞大的磁场,用以将星际灰尘粒子收集起来,通报到发念头内部,作为核聚变发念头的原料,核聚变发生的辐射作为动力从尾端发射出去。

就这样,星际灰尘从拦路虎酿成了原料堆栈,而且是取之不尽用之不竭的。人们设想,有了这样的飞船,人类将很容易将飞船加速到亚光速。在人类的有生之年,星际穿越也不再是梦想。

有一部科幻作品《宇宙过河卒》(Tau Zero),讲的就是一个使用巴萨德发念头的飞船失控了以后,一直飞到了宇宙止境,其中探讨了宇宙中的人性观、时空观,以及……男女观,简直很有意思。【理想中的巴萨德冲压发念头飞船,星际游览,你也可以的。有人能帮助把图中的美国国旗P成五星红旗吗?】。


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