mca 發表於 2010-1-12 13:44:22

為什麼宇宙有最多「氫」,其次「氦」?

本帖最後由 mca 於 2010-1-12 15:48 編輯

答案很簡單,因為氫原子的構造最不複雜,氫的核心只是一粒帶正電的質子,外圍是一粒帶負電的電子,氦則由氫演變而來,氦核有兩粒質子和兩粒無電荷的中子,外圍是兩粒電子。根據理論,氫、氦和少數不穩定的元素最先在宇宙大爆炸之後幾分鐘後便合成了,所以氫和氦佔的數量最多,構造更複雜的原子後來才有,所以數量又遽減。
(參考 http://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang_nucleosynthesis )

氦原子結構圖
http://www.green-planet-solar-energy.com/images/helium-atom.gif

宇宙整體的元素大致分佈如下:
氫 H92.1 %/73.5 %(以原子數量計 / 以質量計):
氦 He7.8 %/24.9 %
氧 O   0.061/0.73
碳 C   0.030/0.29
鐵 Fe0.004/0.16
氖 Ne0.008/0.12
氮 N   0.008/0.10
硅 Si   0.003/0.07
鎂 Mg0.002/0.05
硫 S    0.001/0.04
其他 …..

較氦重的元素像碳、氮、氧 ...至鐵都靠恆星體內的核燃燒合成,核燃燒到鐵後才會停止,某些大質量恆星因核燃燒停止引起重力塌縮過速而爆炸 (即是 超新星爆炸),爆炸把這些元素驅散至太空,亦把一些飛離物質銳變成比鐵更重的元素例如鋅、銀、金、鉛、鈾等,結果整個宇宙都有各式各樣的元素,包括同位素,放射性的和電離的原子,不過無論如何,宇宙仍有大量的氫未轉為其他原子,因此氫仍佔最多。 氫原子有兩個性質: 1. 當氫原子被其他星光電離再復合時,它就發出螢光,因此我們可以透過光學望遠鏡找到星雲。 2. 當氫原子內的電子自旋逆轉時,它會發出 21 cm 波長的電波,這種機會儘管甚微,但宇宙中的氫實在很多,總有一些 21 cm 電波能被射電望遠鏡捕獲,因此我們又知道遠處有氫存在,事實上,銀河系的旋臂也是首先由 21 cm 電波發現的,氫通常在旋臂內聚集 (密度波理論),這裡是娠育恆星的溫床。

http://www.alanchuhk.com/H_21cm.jpg

下圖是哈勃望遠鏡初 “出道” 時拍下的獵戶座大星雲照片,星雲在銀河系之內,距離地球 1500 光年,成份以氫為主,其次是氦,照片右上角的圓點是從氫聚集而生的新恆星,年齡只有十萬年。
(參考http://apod.nasa.gov/apod/ap950703.html )

http://apod.nasa.gov/apod/image/orion_hst.gif
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