宇宙氧元素（宇宙中氧元素豐度為何排第三位）

原創：魯超

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傾情預告一下：以下是宇宙終極奧秘，不看遺憾終身，看完終身遺憾~

首先，氧在宇宙中的排名確實是第三位，僅次於氫和氦這兩種大爆炸元素。

銀河係中的元素豐度排名。因為銀河係比較“平庸”，所以我們相信這和全宇宙的元素豐度差不了多少。

眾所周知，大爆炸“big bang”炸出了氫、氦和極少的鋰。

38萬年後，宇宙中開始發出縷縷星光，在這之後，製造更高級元素的工廠是恒星！

▲宇宙大爆炸

恒星靠核聚變反應將較輕的元素合成更重的元素，一直到鐵，一般認為鐵56原子核的比結合能最高，這首偉岸的舞曲在鐵這裏終於劃上了一個休止符，無法再進行下去了。

鐵之後的重元素主要來自超新星爆炸和雙中子星合並。

此外，在二代、三代超級大恒星的內部，由於質量足夠大，溫度足夠高，加上已有一些重元素，因此也可能會發生一些生成“超鐵元素”的核反應，這被稱為“S-過程”（慢過程）。

從名字就知道這種核反應是極其緩慢的，而且最高也隻能生成到82號元素——鉛。

宇宙中，這些重元素的豐度顯然不可能太高，就不在我們今天討論範圍內了。

▲原子核吃進中子，吃多了會“消化不良”，發生β衰變，中子變成質子。這就是慢中子俘獲過程（S-過程）

這樣，要討論鐵之前元素豐度的問題，就變得簡單了。

無非是兩方麵：

1，恒星內部核聚變的路線（確保生產出來）

2，各種元素同位素的穩定性（不衰變掉）

最早提出核聚變是恒星能量來源的是愛丁頓先生，不過他馬上就被打臉了，其他科學家掐指一算，根據經典物理學，需要達到幾百億度的高溫，氫原子核（質子）才能克服電荷排斥力發生聚變反應。

而當時了解到太陽中心溫度大約為4000萬度，這差距顯然太大了。

▲愛丁頓

關鍵時候，伽莫夫來救場了，他在研究阿爾法衰變的時候發現了量子隧道效應。

兩位科學家阿特金森和豪特曼斯把這個效應用在愛丁頓的問題上，成功幫他解了圍。

有個有趣的故事，豪特曼斯和一個妹子夜間散步，妹子看到壯麗的星光，不禁感歎：星星一閃一閃多美啊！

豪特曼斯自鳴得意的說：“我剛剛知道它們為什麼發光！”妹子不為所動繼續欣賞星光。其實，這個妹子是阿特金森的夫人。

▲阿特金森（左）和豪特曼斯（右）最早證明恒星核聚變可行，私下裏也有一段扯不清的情感糾葛？

阿特金森和豪特曼斯隻是證明了恒星內部的核聚變可行，第一條恒星內部的核反應路徑是1938年貝特和維茲澤克找到的——碳氮氧循環（CNO cycle）。

碳12原子核與一個質子（氫原子核）聚合生成氮13原子核，這是一種很不穩定的同位素，它很快發生β衰變，生成碳13原子核，碳13再碰到一個質子生成氮14原子核，這就是氮元素的主要由來。

但是在CNO循環中，氮14原子核還繼續反應下去，和一個質子碰撞生成氧15原子核，氧15也很快發生β衰變，生成氮15原子核，氮15再跟一個質子碰撞，這次生成一個碳12原子核和一個α粒子（氦4原子核）。

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