宇宙中的石頭從哪裏來,大部分行星都是石頭嗎?真相在這裏
來源:時空通訊
發布時間:2022-06-06
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本文基於(yu) 回答網友這樣一個(ge) 問題:宇宙那麽(me) 大,大部分行星都是石頭,問題來了,石頭又是從(cong) 哪裏來的?

這個(ge) 問題本身就犯了先入為(wei) 主的錯誤。宇宙是很大,大得迄今為(wei) 止科學界也不知道有多大,隻知道可觀測宇宙半徑約465億(yi) 光年。但宇宙大部分行星都是石頭這個(ge) 論斷就大錯特錯了。要說清楚這個(ge) 問題,就需要先了解宇宙形成過程和元素豐(feng) 度。

宇宙起源和元素豐(feng) 度簡介/

標準宇宙模型認為(wei) ,宇宙起源於(yu) 138.2億(yi) 年前的奇點大爆發。奇點是一個(ge) 無限小的能量點,爆炸開始溫度無限高,密度無限大;但爆炸1秒鍾內(nei) ,就產(chan) 生了誇克、膠子、輕子、中子、質子、電子等粒子;爆炸10秒鍾內(nei) ,質子、中子就結合成了原子核。

因此,宇宙中的所有物質都是由能量轉化而來的,符合愛因斯坦創立的質能方程:E=MC^2。但宇宙初創時期,極端高溫、高壓和高密度,電磁波和光都無法溢出,宇宙處於(yu) 不透明的黑暗時期,電子也無法與(yu) 原子核結合成原子。

一直到爆炸發生38萬(wan) 年後,宇宙溫度降到了3000K,密度也大大降低以後,光子才得以脫耦而出,發出宇宙誕生以來的第一縷光,電子也與(yu) 原子核結合誕生了中性原子。

宇宙元素是從(cong) 最簡單開始的,最早的原子隻有氫和氦,還有極少量的鋰。這幾種元素在元素周期表裏排在前3位,原子核中分別隻有1、2、3個(ge) 質子,圍繞著原子核運動的電子也隻有1、2、3個(ge) 。它們(men) 在宇宙中質量豐(feng) 度(比例)為(wei) :氫占76%,氦占24%,鋰極少,約占0.00000006%。

這些數據當然不是信口開河,已經從(cong) 測量宇宙大爆炸留下的餘(yu) 燼中得到答案,人們(men) 把這些餘(yu) 燼稱為(wei) 宇宙微波背景輻射,這種無處不在的輻射正是宇宙大爆炸38萬(wan) 年後發出的第一縷光的殘留。

宇宙形成初期,這些元素在萬(wan) 有引力作用下,相互吸引凝聚成分子雲(yun) ,這些分子雲(yun) 不斷聚集,越來越大,越來越緊密,就漸漸形成了恒星和星係。恒星是宇宙中可見物質的最主要組成部分,以等離子態的形式存在,宇宙中等離子體(ti) 占可見物質的99%以上。

因此,宇宙可見物質中最多的是等離子態物質,而不是石頭。

所謂可見物質,是現代天體(ti) 物理學認為(wei) ,組成宇宙的總質能中,暗能量占據了68.3%,暗物質占據了26.8%,可見物質,包括恒星、星雲(yun) 、光子、中微子等加起來隻占有4.9%。暗能量和暗物質由於(yu) 不會(hui) 與(yu) 光(電磁波)發生吸收、反射等任何作用,因此我們(men) 無法看見。

宇宙初期除了氫和氦以及微量的鋰,沒有其他元素,是隨著恒星核聚變不斷將輕元素融合成重元素,元素的種類才漸漸多了起來。大質量恒星演化晚期會(hui) 發生超新星大爆發,在極高溫度和壓力下,就能聚合出更重的元素;宇宙中的重大天體(ti) 事件,如中子星相撞、白矮星爆發等,都會(hui) 形成重元素,最終才形成了現在已知的118種元素。

雖然現在宇宙中元素種類已經很多,但整個(ge) 宇宙元素豐(feng) 度依然是以氫和氦為(wei) 主,占比依然達到99%,其他重元素加起來隻有約1%。組成石頭的主要元素不是氫和氦,這就是宇宙中行星不可能以石頭為(wei) 主的原因。

太陽係的石頭行星有多少/

太陽係由一顆恒星和八大行星以及許多小天體(ti) 組成,太陽是太陽係唯一的恒星,是銀河係約4000億(yi) 顆恒星中一顆中小質量的恒星,叫黃矮星,質量約為(wei) 1.989*10^30千克,占據了太陽係總質量的99.86%。也就是說除了太陽,其餘(yu) 八大行星加起來隻有整個(ge) 太陽係質量的0.14%,更小的天體(ti) 基本忽略不計。

在八大行星中,有4顆類地行星和4顆類木行星。類地行星靠近太陽,從(cong) 裏往外數為(wei) 水星、金星、地球、火星;類木行星由近及遠為(wei) 木星、土星、天王星、海王星。所謂類地行星就是像地球這樣以岩石為(wei) 外殼的行星,也叫岩石行星;類木行星就是像木星這樣以氣體(ti) 為(wei) 主組成的行星,也叫氣態巨行星。

實際上岩石行星也並非都是由岩石組成,如我們(men) 地球地殼中的氧就含有46.6%;氣態行星也並非完全由氣體(ti) 組成,比如木星、土星都有一個(ge) 不大的岩石內(nei) 核,在大氣層深處高溫高壓下,氣體(ti) 也變成了液態和金屬態。

但為(wei) 了敘述方便。我們(men) 就將岩石行星全部作為(wei) 石頭來算,氣態行星就全部作為(wei) 氣體(ti) 來算。那麽(me) 八大行星的總質量中石頭占據多大比重呢?地球質量約為(wei) 6*10^24千克,水星質量約為(wei) 地球的0.05倍,金星質量約為(wei) 地球的0.82倍,火星質量約為(wei) 地球的0.11倍。四顆類地行星加起來約為(wei) 地球質量的1.98倍。

氣態行星都是巨行星,木星就占據了八大行星質量的71%以上,質量約為(wei) 地球的318倍;土星質量約為(wei) 地球的95倍,天王星質量約為(wei) 地球的14.6倍,海王星質量約為(wei) 地球的17.2倍。這樣,四顆氣態巨行星總質量就是地球的444.8倍。

也就是說,太陽係氣態行星與(yu) 石頭行星質量對比為(wei) 444.8:1.98,石頭行星質量隻占全部行星質量的約0.45%。組成石頭的主要化合物是碳酸鈣或二氧化矽,碳酸鈣由碳、氧、鈣三種元素組成,二氧化矽由矽和氧組成。

石頭是如何形成的太陽係存在宇宙中所有的118種元素,地球上同樣涵蓋了宇宙中存在的所有元素。這就說明了太陽係不是從(cong) 宇宙大爆炸的原始星雲(yun) 中誕生,而是經曆了至少一次甚至數次超新星大爆發,從(cong) 父輩恒星殘留的再生星雲(yun) 中誕生,而且還接受了中子星相撞等天體(ti) 事件的遺產(chan) 。

太陽係的元素豐(feng) 度約為(wei) :氫占73.46%,氦占24.85%,其他重元素約占1.69%,主要有氧0.77%,碳0.29%,鐵0.16%,氖0.12%,氮0.09%,矽0.07%,鎂0.05%,硫0.04%等,其他的100多種元素就更稀少了。

在太陽形成初期,恒星風很大,會(hui) 將吸積盤中剩餘(yu) 的塵埃和渣子吹向遠方,重物質就會(hui) 離得近一些,氣體(ti) 和水蒸氣等輕物質就吹得更遠,因此由重物質組成的類地行星都靠近太陽,而氣體(ti) 和冰組成的氣態或冰質星球則距離太陽更遠。

地球是太陽係四大類地行星中最大的一顆行星,但質量隻有太陽的33萬(wan) 分之一。地球上已發現的宇宙所有元素,迄今為(wei) 止,宇宙中還沒有發現地球上沒有的元素。而組成地球元素最高豐(feng) 度的元素為(wei) :鐵占32.1%,氧占30.1%,矽占15.1%,鎂占13.9%,硫占2.9%,鎳占1.8%,鈣占1.5%,鋁占1.4%。這8種元素就占了地球元素豐(feng) 度的98.8%,剩餘(yu) 的1.2%由其他110種元素分擔。

行星在形成時,是由各種碎片碰撞凝結在一起的,像滾雪球一樣越滾越大,隨著質量和體(ti) 積的增大,引力越來越大,就把整個(ge) 軌道的碎片渣子都吸附到自己身上了。行星形成早期由於(yu) 自身軌道小天體(ti) 相互碰撞,以及大量隕石撞擊,整個(ge) 星球都處於(yu) 熔融狀態。

行星形成後就開始慢慢冷卻,表麵就漸漸結成了一圈岩石圈,在地球上就叫地殼。由於(yu) 引力和自轉作用,行星在熔融時期,比較重的元素,如鐵、鎳等就大部分沉到了更深處和地心,因此,地殼的元素豐(feng) 度與(yu) 整個(ge) 地球豐(feng) 度是有區別的。

科學測定計算得到的地殼元素豐(feng) 度約為(wei) :氧占46.6%,矽占27.72%,鋁占8.2%,鐵占5%,鈣占3.63%,納占2.83%,鉀占2.59%,鎂占2.09%,鈦占0.44%,氫占0.14%,磷占0.12%,錳占0.10%,氟占0.08%等等,這13種種元素豐(feng) 度占據了118種元素的99.54%,還有105種元素就隻能瓜分剩餘(yu) 的0.46%了。

而所謂石頭是一個(ge) 含糊的概念,實際上就是岩石碎片,其組成成分比較複雜。地球的岩石主要有火成岩、黃崗岩、玄武岩、安山岩、砂岩、石英岩等等,這些岩石的碎塊都可以稱為(wei) 石頭,其組成成分主要是以氧和矽、鈣等為(wei) 主,還含有一些其他的元素,根據產(chan) 地不同,其元素豐(feng) 度會(hui) 有區別。

在太空漂浮著的小行星有岩石的,也有冰體(ti) 的,有的是在太陽係形成初期殘留下來的,有的是在天體(ti) 撞擊中破碎漂流的,其成分都是太陽係應有的成分,隻不過由於(yu) 成因不一樣,各種成分含量不同罷了。

宇宙中所有恒星係統的形成和演化大致都差不多,因此太陽係石頭的來曆也可視為(wei) 宇宙中石頭的來曆。



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