铁的阻止与恒星寿命

来源：说宇宙　2023-08-13 11:57:06

太阳，是地球的恒星，也是地球上所有生命得以存在的原因，就连我们生活的这个星系都以它的名字命名。太阳之所以能散发出如此巨大的能量， 得益于它的核心一直在进行的核聚变反应 ，然而科学家们逐渐发现，即使能产生庞大的能量， 核聚变也存在着自己的极限 。

不过，我们还是需要先来了解一下核聚变是什么。 核聚变，也被称为核融合反应，氢原子可以通过核聚变结合形成氦，并释放能量。

太阳的核心是唯一能进行核聚变的地方，在这里，每秒钟大约有 ×个氢原子核（质子）会被转化成氦原子核，从而在短短一秒钟的时间内，释放出 ×焦耳 的能量。如此巨大的能量， 相当于同时引爆×百万吨的TNT炸药 。

(资料图片)

核心像一台智能的电脑，随时会修正核聚变的效率。

当速率太高时，热膨胀会将质量推向外部，这一操作就能使得密度稍微下降，从而降低反应速率；修正过程会使得核心出现收缩和冷却，这又会加速融合的效率，使其再恢复到原来的标准，在一次次微小的调整下，核聚变将保持在相对平衡的状态。

不只是太阳，实际上， 所有恒星的核心都在进行着这样精细又神奇的反应 ，在不断地核聚变中，不同的原子与氦原子进行结合，变得越来越“重”，这个过程像链条一样清晰可见： 碳 → 氧 → 氖 → 镁 → 硅 → 硫 → 氩 → 钙 → 钛 → 铬 → 铁 。

哎哎，等一下，元素表上可不只这几个元素啊，铁后面的呢？

核聚变为什么到铁就结束了？

在很多科普文章中，都提到铁是核聚变的终点，常见的说法是这样的：

铁具有最大的比结合能，因此铁核最稳定。其他核聚变成铁核是释放能量的反应，但铁核聚变将吸收能量而不是释放能量，所以重核聚变到铁为止。

这里提到的 比结合能 ，可以简单理解为分开紧紧抱在一起的核子的能量，也就是说， 比结合能越大，就证明核子抱得越紧密，由这些致密核子组成的原子，整体就更稳定 。

比结合能并不是一直向上增长的，而是像山坡一样存在一个峰顶，然而在这个峰顶附近，你不仅能找到铁， 还能看到一个比它还要稳定的存在——镍 。

Fe58的比结合能是，而Ni62的数值可以达到。按理说，镍要更稳定才对，而且 星球的核心中也的确有镍的存在，我们地球的核心就是一个铁—镍核心 ，但是为什么铁却成了守在终点线上的那一个呢？

这是因为在核心中存在的镍并不是镍-62，而是 同位素镍-56 。

这种元素会出现衰变，半衰期只有6天。当恒星诞生后，镍-56马上就衰变成了钴-56，随后又变成铁-56，而铁则像个老大哥似的，站着不动了。

当恒星在不断进行核聚变时，镍-56也在出现，但是它很快就衰变了，最后，在核心中丰度最高的就只剩下铁了。

那么其他元素在哪里？恒星上发生的反应其实十分多样且复杂， 一些比铁和镍更重的元素也可以出现，比如天文学家在红巨星中就发现了锝 。

其他元素则会在 超新星爆发 期间出现，这种爆发产生的能量是任何一颗恒星都无法产生的，也就是说，这些元素是在恒星形成前就出现的了。

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