世界从哪里来?宇宙诸子! |
您所在的位置:网站首页 › 曰本人从哪里来 › 世界从哪里来?宇宙诸子! |
0
分享至
用微信扫码二维码 分享至好友和朋友圈 ↑一群国家地理控,专注于探索极致世界 本文由 招商银行星座守护信用卡 特约制作 我们的世界 极其复杂 夜空中 万亿颗恒星 熊熊燃烧 (沃尔夫·拉叶星,图片来源@ESA/Hubble & NASA) ▼ 蓝天下 千万种不同的生灵 生机勃勃 (泰国湾,鲸鱼和海鸟,图片来源@VCG) ▼ 大地上 70亿人类 生生死死、来来往往 (城市街道,摄影师@魏宏) ▼ 然而 我们的世界 也极其简单 因为无论形态如何多样 组成物质世界的材料 不外乎118种元素 它们创造于宇宙的洪荒时代 也见证了宇宙的繁荣扩张 它们是 宇宙诸子 01 宇宙的创造大约138亿年前 我们已知的宇宙 在一场大爆炸中诞生 在1亿亿亿亿分之一秒内 就增大了100亿亿亿亿亿亿倍 极速的膨胀 导致跳崖式降温 纯粹的能量开始凝结 组成物质的微观颗粒 在能量的海洋中浮现出来 带有一个正电荷的质子 带有一个负电荷的电子 和不带电荷的中子 成了组成原子的单元 (原子结构示意图,以碳原子为例,制图@赵榜/星球研究所) ▼ 所有质子数量相同的原子 被统称为一种元素 紧跟着质子的出现 仅拥有1个质子的 第1号元素 氢 也诞生了 由于结构简单 它在宇宙中无处不在 直到今天 仍占整个宇宙元素数量的 92% 紧接着 在大爆炸产生的高温高压下 质子与中子相互结合 形成更重的原子核 重原子核进一步聚合 形成新的元素 这种因原子核聚合 而发生的变化 被称为 核聚变 (氢原子核聚变为氦原子核的过程,制图@赵榜/星球研究所) ▼ 当质子因核聚变 而结合在一起 第2号元素 氦 便形成了 这个过程释放出能量 此外 最初的核聚变 还创造了极少量 拥有3个质子的 锂 在创造了最初的几种元素后 由于温度和压力的降低 聚变难以为继 因此早期的宇宙中 氢和氦占比高达 99.9% 它们组成弥漫的原子云雾 宇宙黯淡、冰冷又无聊 但很快 有趣的情况发生了 大爆炸产生了微小的不对称 使得宇宙中某些地方的原子云雾 比其它地方更浓稠一些 在引力的作用下 物质开始向这些地方聚集 组成巨大的云团 (鹰状星云的冷氢气云,图片来源@NASA) ▼ 云团内的物质越聚越多 核心温度升高至 1500万℃ 氢元素的聚变 再次开启 光与热得到释放 一颗恒星诞生了 (从星云到一颗恒星的形成过程示意,制图@赵榜/星球研究所) ▼ 紧接着是另一颗、又一颗... 数以亿计的恒星 相继在黑暗的云团中绽放 (在恒星形成区,来自恒星们的星风正在吹出一个巨型气体空腔,图片来源@Glenn Research Center) ▼ 直到宇宙被璀璨星光点亮 仿佛一片光芒之海 (NGC 4833球状星团,图片来源@NASA) ▼ 它们聚集在一起 成为了 星系 (仙女座星系,图片来源@Adam Evans) ▼ 星系聚集在一起 组成庞大的星系群 以及更加庞大的星系团 (Abell370的星系团,其中包含数百个因引力相互吸引而结合在一起的星系,图片来源@NASA) ▼ 由氢元素创造的恒星世界 点亮了整个宇宙 而在恒星的内部 新元素的创造 正在酝酿之中 02 恒星的创造在恒星的核心 引力造成物质的收缩 使氢源源不断地聚变为氦 稳定地生产着光和热 这是恒星的青年时代 我们的太阳 如今正是处在这一时期 但恒星核心的氢原料 终将消耗殆尽 彼时 氦的聚变将开始 三个氦原子聚合在一起 成为了一种崭新的元素 碳 聚变导致恒星的外层急剧扩张 使其膨胀为一颗 红巨星 (搏动的红色巨星Chi Cygni,图片来源@Wikimedia Commons) ▼ 成为红巨星后 恒星的生命也将迎来转折 当核心中的氦也逐渐消耗殆尽 温度提升至 6亿℃ 碳聚变开始 形成了 氧 此时 质量小于8个太阳的 小质量恒星 生命就此完结 其外层烟消云散 只剩一个由碳和氧组成的内核 这个内核温度极高 发出白热的光芒 这就是 白矮星 (白矮星LSPM J0207 + 3331,已知最古老、最冷的白矮星,图片来源@NASA) ▼ 质量在8-10个太阳之间的 中等质量恒星 可以生成比氧更重的元素 氖 但依旧无法抵抗 成为白矮星的命运 只有质量超过10个太阳的 大质量恒星 才能突破宿命 (Wolf-Rayet star R136a1,已知质量最大的恒星,图中左下方的红色小点,是为了对比而加上去的太阳,面对这颗特超大质量恒星,太阳只是一粒微尘,图片来源@Wikimedia Commons) ▼ 在它的核心 温度已达到惊人的 20亿℃ 高温高压之下 聚变的链条一发不可收拾 镁、硅、磷、硫 氯、氩、钾、钙 等元素相继出现 又轮番成为下一轮聚变的燃料 大质量恒星在生命的末期 成为一颗超级红巨星 它用一生创造的所有元素 层层将自己包裹 仿佛在做最后的告别 (红巨星阶段后期的恒星,内部发生分层,制图@赵榜/星球研究所) ▼ 此时恒星核心的温度 已高达 30-50亿℃ 硅元素聚变 生成了恒星聚变所能创造的 最重的两种元素 26号元素 铁 和28号元素 镍 铁 将“杀死”它的创造者 因为铁原子核 具有极高的稳定性 恒星内部的高温高压 也无法推动其聚变 当聚变停滞 万有引力就重新掌握了主动权 中心物质不断地被压紧、再压紧 直到电子被硬生生压进了原子核 恒星的核心瞬间坍塌 外层的物质高速坠落 引发内爆 这就是 超新星爆发 (v838mon红巨星爆发为超新星过程示意,图片来源@NASA) ▼ 爆发产生的巨大力量 将原有的原子核打碎并重组 形成比铁更重的90多种元素 铜、锌、金 铂、铀、钍 ...... 超新星爆发 将这些重元素抛向宇宙 形成一片绚丽的星云 大质量恒星的一生就此结束 宇宙的一角重归寂寞 (蟹状星云,图片来源@NASA) ▼ 然而 一切并非如看上去那般冷清 爆炸产生的引力涟漪 在星云之中荡开 物质又在聚集、骚动 很快 新的恒星 将从前代的遗迹中诞生 “星云-恒星-超新星-星云” 这样的轮回 将再次上演 (NGC 2070中的大恒星形成区,图片来源@NASA) ▼ 不同的是 这次有了丰富的重元素作为原料 一些特殊的天体即将形成 03 行星的创造经过数次轮回 在银河系的一个角落 太阳 诞生了 (太阳,图片来源@NASA) ▼ 它独占了星云中99.8%的质量 剩余的气体、尘埃和颗粒 围绕它形成了一个圆盘 在引力的作用下 相互碰撞并粘附在一起 逐渐从1毫米长到1000千米 这就是 星子 (恒星维加周围的小行星带,仅做示意,图片来源@NASA) ▼ 星子碰撞聚集 一种新的天体 行星 形成了 (太阳系行星形成过程示意,制图@赵榜/星球研究所) ▼ 其中距太阳较远的 吸收了剩余的氢和氦 形成气态巨行星: 木星、土星、天王星、海王星 (土星与地球的大小对比,图片来源@NASA) ▼ 而距离太阳较近的地方 太阳风将气体吹散 留下仅占初始星云质量 0.6% 的重元素 组成个头较小的固体岩石行星: 水星、金星、地球、火星 (地球,图片来源@NASA) ▼ 但正是由于这0.6%的重元素 作为岩石行星之一的 地球 才如此与众不同 地球形成之初 是一个炽热的岩浆球 物质翻滚流动 铁、镍等较重的元素 下沉到地球中心形成地核 地核创造了笼罩整个星球的磁场 像一个无形的保护层一样 使地球免受太阳风的伤害 (极光是太阳风受地球磁场影响,与地球大气层作用而形成,图片来源@NASA)▼ 而氧、硅、镁、铝 等较轻的元素 则上浮到外层 构成了地幔和地壳 (地球圈层结构,制图@赵榜/星球研究所) ▼ 随着地球的降温 地壳的外层冷却凝固 形成了坚硬的岩石 (夏威夷火山国家公园,图片来源@VCG) ▼ 地幔灼热的岩石 则继续缓缓流动 拖着地壳分分合合 形成连绵的山脉 和深邃的峡谷 (从奋进号航天飞机上看到的安第斯山脉,图片来源@NASA) ▼ 岩浆溶解的气体也释放出来 氮气、二氧化碳和水等 组成了 大气层 (美国东北部海岸线上的飓风,图片来源@NASA) ▼ 温度降低 大气中的水迅速凝结 以暴雨的形式落回到地面 这场暴雨持续了数百万年之久 直到液态水覆盖了70%以上的地表 形成了 海洋 (加勒比海与大西洋,图片来源@NASA) ▼ 海洋的深处 在地底热量的烘烤下 碳、氢、氧、氮、磷 等元素相互作用 形成多种有机大分子 这些分子开始利用能量 开始复制自身 开始将自己与外界环境隔开 它们组成了一个 细胞 (纤毛虫吞食硅藻,图片来源@Deuterostome) ▼ 更多的细胞聚在一起 共谋生路 它们分工合作 有的负责捕猎 有的负责消化 出现了原始的组织和器官 (水母属于腔肠动物,是较早出现的多细胞动物的后代,图片来源@VCG) ▼ 在外界环境的影响下 多细胞群体的样貌 开始变得千差万别 它们有的占领海洋 (南加利福尼亚海洋中的鱼群,图片来源@VCG) ▼ 有的登上陆地 (非洲纳米比亚艾托沙国家公园中的动物,图片来源@VCG) ▼ 有的飞上天空 (美国南部巴斯克阿帕契国家野生动物保护区内的鸟,图片来源@VCG) ▼ 有的虽静默无言 却学会了利用太阳的能量 将大气中的二氧化碳 转化为身体的一部分 同时释放出大量氧气 改变地球的大气层 (毛里求斯的森林,图片来源@VCG) ▼ 经过40亿年的演化 一个复杂的生物圈形成 一个特殊的物种 即将登场 04 人的创造这个物种就是 人类 与无数生命一样 他们由碳、氢、氧、氮、磷等元素组成 但人类的特殊之处在于 他们学会了利用元素 并在此基础上 一次又一次 改变着世界的面貌 当人类的祖先 还处在茹毛饮血的阶段时 就已经发现 硅与其它元素结合形成的岩石 质地脆而坚硬 他们将其打造成捕猎的工具 人类由此进入 石器时代 (美洲石器时代的克洛维斯矛尖,图片来源@Wikimedia Commons) ▼ 当岩石风化 其中的一些成为了黏土 与水混合后可塑性极强 经过火烧后又变得坚硬且隔水 这就是 陶器 (山东,大汶口文化晚期的陶器,图片来源@Wikimedia Commons) ▼ 人类对火的掌握 也逐渐演变出新的用途 熔炼金属 铜的性质稳定,熔点较低 因此成了最早被冶炼的金属 后人在铜里加入锡 使其成为强度更高的青铜 青铜被用于祭祀、战争 这就是人类的 青铜时代 (三星堆青铜器,图片来源@VCG) ▼ 很快 青铜又被另一种 强度和韧性更高的金属取代 这就是铁 从武器、礼器和交通工具 到农具和日常用品无不有铁的身影 人类进入了 铁器时代 (日本18世纪的护甲,由铁、皮革、镀金铜、丝绸等材料制成,图片来源@Wikimedia Commons) ▼ 随着冶铁技术的提升 人们发现控制生铁中的碳 会让成品更加坚韧 这就是 钢 (大连特殊钢公司第一炼钢厂工人们正在热火朝天忙生产,图片来源@VCG) ▼ 来自远古植物的碳 经过数十至数百万年的埋藏 转变为 煤 沉睡在地下 在18-19世纪 开始被欧亚大陆西端的人类 大规模挖掘 它作为一种重要的燃料 点亮了工业革命的曙光 (红山煤矿及运煤车,摄影师@张波) ▼ 煤燃烧的熊熊烈火 将水烧成蒸汽 推动着钢铁制造的机器巨兽 彻底改变了人们的生产方式 人类进入了 工业时代 (辽宁沈阳调兵山矿区铁路上的蒸汽机车,摄影师@房星州) ▼ 但地层中的碳元素 还有另一种存在形式 石油 如今它流淌在几乎每一台发动机中 成为工业的黑色血液 (哈萨克斯坦北布扎奇油田,采出的原油被装入油罐列车运往海港,图片来源@VCG) ▼ 石油的作用还不止于此 它含有丰富而多样的有机分子长链 这些分子被分解、再合成 成为了 塑料 这种可塑性和多样性极高的材料 被人类使用到极致 (上海,德国艺术家兼摄影师迈克尔·沃尔夫的名为《真实的玩具故事》的装置艺术里,玩具工厂工人的头像几乎淹没于2万个儿童玩具的海洋,图片来源@VCG) ▼ 除此之外 富集在大气中的氮元素 被大批量地用于制作 化肥 彻底改变了 人类延续千年的农业传统 (江西省吉安市泰和县水槎乡畲族村,畲族村民正在田间施肥劳作,图片来源@VCG) ▼ 地壳中含量第二位的元素 硅 凭借独特的导电性能 成为了芯片的基础 以此为基础发展起来的计算机 将人类带入了 信息时代 (这个被沙特阿拉伯授予了国籍的机器人,能通过脸部和颈部的62个肌肉结构来表达自我,它使用的AI技术会分析正在进行的对话,推断信息,图片来源@VCG) ▼ 宇宙大爆炸产生的微量元素 锂 被制成了轻便可靠的 锂电池 创造了一个 移动电子设备的世界 (浙江省长兴县,一家公司自主研发生产的一辆辆纯电动汽车,图片来源@VCG) ▼ 环顾四周 我们已被自己的创造包围 100多种元素 构筑起一个物质的世界 另一方面 我们也掌握了毁灭的力量 在超新星爆发中诞生的重元素 铀和钚 拥有极其不稳定的大原子核 它们会自发地分裂成较小的原子 同时释放出能量 这一过程被称为 核裂变 而当裂变的过程如雪崩一般 连续不断地发生时 其释放的巨大能量 就成了毁灭世界的武器 原子弹 (原子弹爆炸过程,图片来源@Wikimedia Commons) ▼ 而如果 将氢原子聚合在一起 模拟恒星的聚变过程 释放出的能量将更为惊人 这就是 氢弹 (氢弹爆炸过程,图片来源@United States Department of Energy) ▼ 所幸 对核能的利用 逐渐走上正轨 成为日常电力的来源之一 (中国西部首座核电站——广西防城港核电2号机组首炉核燃料装载完成,图片来源@VCG) ▼ 除了利用已有的元素 人类还通过更极端的手段 将原子核打碎重组 探究物质结构的终极秘密 产生地球上不存在的新元素 (美国费米加速器国家实验室的粒子加速器,图片来源@Department of Energy from United States) ▼ 这些元素构筑了这个庞杂的世界 而这一切的一切都源于 138亿年前的那场宇宙大爆炸 我们都来自星尘 (视频以30s讲述了从宇宙大爆炸到星系和生命诞生,人类不断通过星座、哲学、艺术、科学之眼,走向宇宙、探索未知的过程) ▼ 点击观看视频,经历从宇宙大爆炸到人类探索的旅程 当宇宙视角被开启 从更高的维度去观察这个世界 我们才清晰地认识到 人类在宇宙中所处的位置 才能以全新的视角去看待自我 认识宇宙 也就是认识人类自己 当我们对世界的探索愈发深入 我们就越深刻地发现 这是一个充满不确定的世界 旧的元素碰撞出新的可能 生命形态在演变中无序迭代 即使现存的认知是否也有别的可能? 人类觉醒于未知 也终将走向自己的未来 (一件退役的俄罗斯太空服,被人类“故意”从国际空间站抛出,成为一颗独特的人造卫星,被称为“Suitsat 1号”,图片来源@NASA) ▼ 在这不断探索的过程中 我们也划出自我的轨迹 正如星星在宇宙中划出的星轨 如今 这些星轨被重新勾勒 浓缩在12张招行星座守护信用卡上 它以宇宙的墨蓝为底 以烫金的星点勾勒出星图 星座的形状则隐藏在星轨之中 (招商银行星座守护信用卡) ▼ 星点、星轨、星图交叠融合 诉说着专属星座的独特气质 (招商银行星座守护信用卡卡面设计) ▼ 它不再是一个抽象的符号 而是连接你与宇宙的具体表达 每张卡面的星轨中 还镌刻着一行摩斯密码 它所蕴含的意义 等待着你去解读 (卡面上的星轨中融合了摩斯密码) ▼ 我们拥有的一切 都来自这漫天繁星 而这张卡片 将让你拥有专属于你的星辰 它会守护你走向未知 让星辰与你同在 (招商银行星座守护信用卡) ▼ (办卡详情请复制链接到浏览器打开: https://market.cmbchina.com/ccard/wap/xzshspwap/index.html) 其实 星辰一直与我们同在 组成我们躯体的氢 来自宇宙大爆炸 随血液流淌的铁 曾是某颗恒星的核心 携带着遗传信息的氮和磷 也曾在原始的大气与海洋中游荡 (人体元素组成,比例按照各元素原子数量计算,制图@赵榜/星球研究所) ▼ 我们的肉体终将消逝 还有所有的生命形式 所有的山川与湖海 地球、太阳、整个星系 都将化为尘埃 但这一切 也将以另一种形式继续存在 直到宇宙的尽头 它们就是元素 是宇宙诸子 本文创作团队 撰稿:张照 编辑:李张子薇 图片:任炳旭 设计:赵榜 审校:云舞空城,马超,朝澈 文首图片:星系NGC 3783中心的超大质量黑洞,来源@ESO P.S. 本文主要参考文献: [1]柴之芳. 从宇宙大爆炸谈起[M]. 湖南教育出版社, 2012. [2]尼尔·泰森. 140亿年宇宙演化全史[M]. 北京联合出版公司, 2019. [3]唐晓东等. 宇宙中元素的起源[J]. 物理, 2019. [4]陈丰等. 太阳系行星系统的形成和演化[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2010. [5]汪品先等. 地球系统与演变[M]. 科学出版社, 2018. 星球研究所 一群国家地理控,专注于探索极致世界 特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。 Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services. /阅读下一篇/ 返回网易首页 下载网易新闻客户端 |
今日新闻 |
推荐新闻 |
CopyRight 2018-2019 办公设备维修网 版权所有 豫ICP备15022753号-3 |