问伊桑71号:重行星,轻太阳?

太阳几乎完全由氢和氦组成,地球上几乎没有这些元素。这是怎么发生的?


青年的最大好处是无法知道什么是不可能的。
-亚当·布朗


您每周都会向我发送您的问题,我从中选择最好的问题。但是有时最难回答最简单的问题。例如,先看太阳和恒星,再看行星。可以确定它们仅在质量上有所不同-如果您使行星非常大,它将变成一颗恒星-但是您如何解释格雷格·罗杰斯所做的简单观察:
如果太阳(和所有恒星)主要由氢和氦组成,为什么行星之间的物质分布与行星不同?


行星物质的分布不仅与恒星不同,而且完全不同。



如果我们看一下地球的表面,就会发现一堆各种各样的元素:在自然沉积物中发现了大约90种元素。我们有足够的氢,但它并不占主导地位,尤其是按质量计算时。空气主要由氮气和氧气组成;覆盖地球的海洋质量为11%的氢(毕竟,每个氧原子比氢重16倍);从石头到污垢,从植物到动物,生物和无生命物体的固体物质都含有大量的氢,但钠,氧,硅,铝和许多其他元素却更多。



深入到地球的深处,我们将发现更加困难的情况。当然,氦气存储在地下空隙中的某处,但它是数十亿年以来超重元素放射性衰变的结果。那里也有少量的氢,但是会有更多的重元素:铁,镍,钴等金属,以及超过元素周期表中稳定性极限的元素。



我们之所以知道这一点,是因为地球的各层在跌入行星时变得越来越密。这不仅是由于重力压缩引起的最重的元素就会掉下来。这一点非常重要,所以我再说一遍:青年时期,地球上有各种各样的元素,但是较重的元素掉下来了,轻的元素仍然“漂浮”在上面-就像密度较小的液体漂浮在密度较高的液体上一样。


液体和物体增加密度:乒乓球;管油;医用酒精塑料瓶盖;植物油珠子水樱桃番茄洗碗液;牛奶骰子枫糖浆玉米粒玉米糖浆亲爱的金属螺栓。

因此,在研究地球表面时,我们看到了构成地球最轻的元素。其成分中的大多数其他元素更重且更密。因此,我们实际上只有很少的氢和氦。



现在,我们转向太阳和星星。让我们看一下太阳光谱:其上有不同的吸收线,代表地球上可用元素的整个色域,以及自然界中不存在的几种元素。

显而易见的是,有两组非常强的氢和氦吸收线。当我们开始了解恒星是如何工作的,以及温度,电离和元素的丰度如何相关时,我们发现太阳是70%的氢,28%的氦气和1-2%的其他元素。



地球是99%由“其他元素”组成的!怎么了要了解这一点,让我们回到它们的出生地:形成恒星的星云。这是一个分子云,主要由氢组成,并包含大量氦气和一些其他物质-在其自身重力作用下开始坍塌。



在恒星形成的初期,重力是最重要的。团块出现在气云中,密度增加,高密度区域吸引越来越多的物质。由于重力坍塌发生得相当快,并且没有有效的方法从气体云中辐射出能量,因此坍塌会导致这些团块的内层变热。一段时间后,原子核中的氢达到所需的温度和密度以开始核聚变。



新生恒星是不同的:不同的颜色,不同的温度和质量。但是它们中的大多数都有一个共同的特征-它们不是孤立地形成的,而是与其他物质一起出现的。其中最大的一个已经获得了最大的领先,将成长为岩石行星,天然气巨人,或者在极端情况下会成长为其他恒星。



同时,母星在系统中辐射的能量向外散射,并与在其路径中遇到的相互作用。这是太阳风,离子,电子,当然还有光子。但是这些能量粒子遇到了什么?



对于每个行星或小行星,它们与最外部,最轻的元素相遇,因为是它们“漂浮”在较重行星上方的表面上,下沉到中心附近。想象一下,您正在全力踢足球,然后想一想保龄球之间的区别。不要考虑腿-想像一个球。足球将获得更高的速度并飞走,而保龄球几乎不会退缩。

怎么了因为由不同质量的物体产生的相同的能量冲动,使较轻的物体运动得更快。


来自行星表面的逸出气体示意图。掠过行星的气体线意味着他将能够摆脱重力。这就是为什么岩石行星没有氢气和氦气以及气体巨人的原因-

几乎所有世界都受到如此强烈的冲击,足以将几乎所有的氢气和所有氦气撞击到星际空间。恒星辐射的能量足以使这些原子具有克服吸引力所需的速度,并且它们在重力的作用下与这个世界无关。



仅在天然气质量至少是地球质量的两倍的天然气巨头中,重力才足以容纳氦气和氢气。世界越庞大,其外壳就越厚。人们相信,气体巨人有一个由重元素组成的致密实心核,但只有通过氢占主导地位的许多层才能实现。



因此,格雷格,在回答您的问题时,所有行星都是用相同的材​​料制成的,如果不是因为恒星发出的辐射,则氢和氦将在每个行星上占主导地位,就像在太阳和其他恒星上一样。但是由于靠近能源,行星的所有元素都会产生能量冲动,就我们所知的岩石行星而言,足以消除世界上所有的自由氢和氦。只有获得非常大的质量,并且离母星足够远,才有可能使最轻的元素免受所有这些辐射的影响。而且您的重量越大,可以容纳的越多。然后,您可以将质量增加到太阳质量的8%左右,之后您将开始将氢转变为核心中的氦,您将自己成为一颗恒星!

这就是为什么元素位于它们所在的位置。谢谢您提出了一个很好的问题,我希望您和其他人都可以清楚地理解。向我发送您对以下文章的问题和建议。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN395969/


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