一起备考网 知识问答 氦元素在宇宙中极为丰富,为什么在地球上却极为稀缺?

氦元素在宇宙中极为丰富,为什么在地球上却极为稀缺?

站在宏观的角度,我们可以看到各种事物,不管是恒星,行星还是肉眼可见的各种物体,它们在宏观的视野里没有什么秘密,可是我们都知道,宏观的背后是微观,微观的粒子组成了宏观物质。

元素是我们探索物质背后奥秘的一个重要途径,大到天体,小到物体,它们都是由各种元素通过复杂且精妙的组成形成,即使是人类这样的智慧生命体,走进微观世界之后,你同样会发现,也是由各种元素组成,只不过元素的组合更加复杂而精妙,甚至人类的智慧意识也是由元素组成,只不过这个组成比较神秘。

那么宇宙中有多少种元素?根据目前科学家的探索认知,已经确认的宇宙元素有118种。尽管宇宙的元素高达118种,但是它们所占的比例却有着巨大的差异,其中排名第一的是氢元素,占据了73.9%的质量,排名第二的是氦元素,占据了24%的质量。

氢元素和氦元素加起来就占据了宇宙物质的97.9%,剩余的2.1%则包含了116种元素。按照我们正常的理解,既然宇宙中氦元素占据了第二的位置,那么地球上的元素构成,氦元素的比例应该也不会低,那么事实真的如此吗?

可能要让很多朋友失望了,地球上的氦元素含量是极低的,是属于稀有元素。根据科学家的探索发现,地球大气层中的氦含量仅为百万分之5.2,相对来说,月球上的氦含量反而非常丰富。

不仅仅是月球有着丰富的氦含量,太阳系中的其他行星,例如:土星,木星等都同样有非常丰富的氦。看到这里,很多朋友疑惑了:其他星球都有着丰富的氦元素,为什么在地球上却极为稀缺?这也太不公平了。

也有朋友会说,氦元素对人类没什么太大用处,地球有没有丰富的氦元素也没什么影响。如果你这么认为,那就大错特错了,氦对于科技的发展太重要了,航天,高端加工等多个科技领域,都需要用到氦这种元素,而氦-3更是被科学家称之为可控核聚变中最完美的一种燃料。

随着人类科技的飞速发展,氦对于人类的重要性会越来越明显,尤其是一旦可控核聚变取得成功,我们更是需要大量的氦-3,而地球上氦元素太稀缺了,我们只能到其他星球开采,第一个目标就是月球。我们可以想象到,在未来,月球会成为一个重要的资源开采之地,不仅会有大量开采氦-3的基地,而且还会有月球城的建立。

氦明明是宇宙中含量第二的元素,在其他的星球上也有丰富的氦,可为什么地球却如此稀缺?对于这个问题,相信很多朋友也想搞明白。

要揭开地球缺少氦元素的谜团,我们先要了解一下宇宙元素的起源。相信很多朋友都知道,宇宙起源于奇点大爆炸,而奇点从科学的角度来看,就是一个体积极小,密度极大,温度极高的物质,它在138亿年前发生了大爆炸,一步步演化成为了现在的宇宙。

根据目前科学家的研究认为,宇宙大爆炸发生后的10秒至35分钟这段时间,可以称之为“原初核合成期”,也就是最初元素的形成时期。这段时间内,质子也就是氢原子核最先形成,随后大量的质子发生轻核聚变,生成了大量的氢元素,其中以氦元素为最多。

“原初核合成期”结束之后,氢元素,氦元素已经占据了宇宙的主导,这个时候的宇宙还处于膨胀演化时期,大量的元素聚集形成了分子云,而恒星就诞生于分子云中。

每一个分子云在不断旋转的过程中,都会向着恒星系演化,我们的太阳系也是起源于46亿年前的一个分子云,科学家称它为太阳星云。

太阳星云中的物质在旋转的过程中,不断向中心聚集,凝聚形成了恒星太阳,而剩下的边角料则形成了行星以及其他小天体。

通过恒星系的形成过程,我们可以了解到,太阳星云本身就存在着大量的氦,因此,在地球形成的初期,大气层中的氦元素含量必然也是非常高的,可为什么到了后来就变得极为稀缺了?

这一切跟氦元素的性质有关,我们都知道,氦元素是仅次于氢元素的一种非常轻的物质,它的化学性质又非常不活泼,几乎不会跟其他元素结合形成更重的元素。

地球的质量形成的引力又无法长时间约束氦,所以在地球形成之后,尽管曾经有大量的氦存在,可是在后来都逃逸到了太空中,让大气层中的氦元素变得越来越少。

想要约束住氦的逃逸,行星就需要更强大的引力,质量就需要更大一些,相对于岩质行星来说,木星,土星这样的气态行星质量更大,引力更强,也可以束缚住行星形成初期诞生的氦,所以在气态行星上存在着大量的氦也就不足为奇了。

看到这里有朋友会说了,你说得不对,月球上有着丰富的氦含量,它们又是从哪里来的?其实月球上丰富的氦-3,主要是来源于太阳释放出的太阳风,由于月球没有大气层也没有强大的磁场,太阳风携带的氦元素就可以直达月球,从而保存下来一部分。

同样的道理,距太阳最近的水星上,也存在大量的氦-3,含量更是远大于月球,所以,当人类的科技实力更进一步的时候,开采氦-3的重点估计会是水星,当然,要去水星开采资源,难度不是一般的大,需要更强大的科技力量。

太阳风同样也会给地球带来氦-3,只不过地球拥有一个强大的磁场,太阳风到达地球的时候,会被磁场扭曲挡住,大量的氦-3也就无法来到地球表面。

地球的引力不足以束缚氦元素,大气层中的氦元素会不断逃逸到太空中,那么含量稀少的那些氦又是如何来的?主要来源于放射性元素的衰变。地球上拥有丰富的放射性元素储量,它们的原子核不太稳定,发生衰变的时候,有一部分就会衰变为氦原子核,这就是地球上少量氦的来源。

虽然地球上的氦元素极为稀缺,但是它毕竟是宇宙中排名第二的元素,我们不用担心它会成为人类科技进步的阻碍。只要人类的科技实力足够强大,我们就可以到宇宙中采集大量的氦元素为我们所用。

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