宇宙氧元素 宇宙中氧元素丰度为何排第三位(2)

碳氮氧循环在1500万度左右就开始启动反应，两位科学家因此而获得了1967年诺贝尔物理学家。

▲转了一圈，碳12还是碳12，但是这个循环相当于把4个质子（氢1原子核）变成了一个α粒子（氦4原子核）。碳

等一等，前面不是说了吗？

宇宙大爆炸只“轰”出了氢氦锂三种元素，最早的碳氮氧从哪里来的？

这不是先有鸡还是先有蛋的问题啊，这是根本没有鸡蛋也能生出小鸡的问题啊！

这问题科学家们早就想到了，就在1938年稍晚点，贝特和克里奇菲尔德就发现了另一条核反应路径：质子-质子链（p-p链）。

原来，在没有碳氮氧的情况下，氢核（质子）也可以聚变。

p-p链有好几种分支，主流的p-p链分三步走：

1，两个氢核（质子）碰撞生成一个氘核，释放出中微子和正电子

2，这个氘核与另一个氢核碰撞生成氦3，

3，两个氦3碰撞，生成一个氦4核和两个氢核。

p-p链在400万度就可以启动，我们的太阳中主要是p-p链反应，碳氮氧循环只占1.4%。

而在超过1.3倍太阳质量的恒星内部，碳氮氧循环才会占据主导作用。

▲质子-质子链（p-p链）

从p-p链这个反应路径，可以看出来三个推论：

1，氘比氢更容易发生核聚变反应。大爆炸也生成了很多氘，对宇宙中氘含量的测定，表明宇宙并不是无限年龄，这从另一方面也印证了大爆炸理论的成立。

2，氦3也是理想的核聚变材料，为什么月球那么让人心驰神往啊？

3，锂在宇宙中的丰度却比氢和氦少的太多，不成比例，这被称为“宇宙学锂差异”。更让天文学家感到奇怪的是，老恒星里的锂很少，反而是一些年轻的恒星里的锂更多。

▲2009年的科幻片《月球》，主人公就是在月球上开采核燃料——氦3

研究了质子-质子链后，就容易理解：锂会和氢核反应结合生成两个氦原子，这种核反应只需要240万度就可以发生，而这是很多恒星都可以轻易达到的温度。

好了，锂元素第一个被排除了。

▲由于锂的这种核反应性能，太阳上锂的丰度甚至比地壳里还要少。

就这样，恒星中的氢以这些路径不断聚变成氦，由于氦比氢重，所以形成一个氦的核心。

然后呢？

当一颗恒星核心中的氢快耗尽时，它就会开始坍缩，直到中心温度上升到一亿度，氦核开始发生聚变，两个氦核聚合成铍8，可惜铍8半衰期太短，很快又衰变成两个氦核。

如果在“短命”铍8仅有的寿命时间内，又一个氦核撞上了它，就有机会发生核反应，变成碳12。

这个总反应相当于三个氦核（α粒子）聚变成一个碳核，因此这个过程叫做“3α过程”。

▲“3α过程”：第一步是可逆的，在正巧碰到第三个氦原子的时候，才会生成碳12

在《流浪地球》中，就是大刘的幻想，让太阳提前进入了这个阶段，太阳开始变成一颗红巨星，最终发生一次氦闪爆炸。

在这期间，“3α过程”极其迅速，恒星中心60-80%的氦在几秒钟内全部变成碳，产生的能量几乎在瞬间辐射出来，让这颗恒星的光度达到正常太阳的一千亿倍，几乎和银河系的亮度一样。

好了，回到化学元素。

通过“3α过程”元素制造生产序列直接从2号元素氦跳到了6号元素碳。

锂的问题之前说过了，铍的劣势在这个过程里也表露无遗，铍8半衰期太短，只是这个过程的中间产物，较稳定的铍9不在这条反应路线上。

硼更惨，根本就不在这条反应路线上。

那宇宙中的铍和硼是怎么来的呢？它们来自宇宙射线，也就是说，完全凭运气。