在第1章,我们了解到天文学家可以利用太阳光谱检测出太阳的成分。大部分稳定元素都能在太阳里面找到,许多元素的相对丰度都大于10%。而其他稳定元素可能也存在,但因为数量太少,检测不到而已。在地球上,科学家也检测出了陨石的具体成分。太阳有一种成分和球粒陨石的相似度极高,球粒陨石是形成年代最古老的一类陨石,它们来自从太阳系诞生以来未曾改变(氢气、氦气等挥发性气体的逃逸除外)的小行星。与之相比,地球、月球以及火星的成分与太阳相差稍大一些,但它们的大体趋势是相同的。而发生这一巧合的最有可能的原因就是,太阳、行星以及小行星都是由同一物质构成的,这些物质和太阳系的形成物质是一样的。
结合对太阳和陨石的了解,我们可以更好地了解太阳系的组成成分和它的物质构成。奥地利地球化学家汉斯·聚斯(Hans Suess)和美国化学家哈罗德·尤里(Harold Urey)首次全面推算出了太阳系的成分,尤里于1934年凭借在同位素领域的杰出成就被授予诺贝尔奖。他们在1956年发布的数据中,不仅包含了对多个元素的数据的实际测量结果,也包含了基于原子核理论的合理猜测。此后,科学家又测量了更多元素,并对其他元素的估算进行了完善,但总体趋势维持不变。图6-1反映了太阳系中不同元素(横坐标为元素的原子序数)所对应的相对丰度(纵坐标)。由于相对丰度的最高与最低的数值相差悬殊,所以该图采用的是对数坐标,纵坐标表示10的几次方。
从图中的数据可以看出,重元素的丰度普遍比轻元素的低。曲线中频频出现急剧上升和下降,总体趋势呈一条弯弯折折的曲线。从左往右看,元素的相对丰度曲线在氦(原子序数为2)与相邻三个元素(锂、铍和硼)处出现低谷,然后又出现了两个丰度高峰。第一个高峰与我们所说的α元素密切相关,碳核、氧核、氖核等可完全通过α粒子(由两个质子和两个中子组成的氦核)聚变生成。第二个高峰的最高丰度为铁(原子序数为26),铬、镍、铜、锌等金属元素均在该高峰范围内。下面我们会谈到,只要了解了宇宙中元素的形成过程,便能理解所有这些特征。
先从氢和氦说起,它们是目前为止太阳以及大部分其他恒星中含量最高的元素,同时也是飘浮在星际空间的稀薄气体的主要成分。为什么这两种质量最轻的元素在宇宙中的含量如此之高?那得从宇宙大爆炸最初的瞬间说起。(www.xing528.com)
图6-1 太阳系化学元素相对丰度曲线图。纵坐标为对数坐标轴[数据来源:N.Grevesse,M.Asplund,and A.J.Sauval,Space Science Reviews 130(2007):105-14]
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