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一张不一样的元素周期表

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2017-01-23 10:28

正文


人体DNA中的氮,牙齿中的钙,血液中的铁,以及苹果馅饼中的碳,都是在坍缩的星体内部形成的。因此可以说,我们都是星尘。

——卡尔·萨根


2016年的时候,有四个新元素获得了元素周期表的永久席位。它们分别是原子序数为113号的“Nihonium”、115号“Moscovium”、117号“Tennesine”和118号“Oganesson”。下面这张元素周期表就是我们所熟悉的:


△ 最新版本的元素周期表,包括了四个最新的元素。(图片来源:IUPAC by C. Smith/Science)


注:科学家不断的发现新的元素,不免让人好奇,是否存在最后一个元素?有兴趣的读者可以戳:《元素周期表是否存在最后一个元素?》


如果你厌烦了要记住越来越多的元素,或许你会羡慕天文学家这个职业。因为有一个老笑话是说,在天文学家眼中,元素周期表只有三种元素:氢、氦和金属!如果你知道宇宙中的“金属”含量有多小,你就明白为什么天文学家要专注在氢和氦上了!



△ 天文学家严重的元素周期表。正方形的面积表示不同元素的相对丰度,正方形越大代表该元素在宇宙中的丰度越多。在元素周期表中大多数的元素的正方形小到都无法显示出来。仅有的几个常见元素,跟氢和氦相比也是小巫见大巫。(图片来源:One Universt At a Time)


但是,不管是传统的元素周期表和天文学家眼中的元素周期,它们都没有给出一个信息,那就是:元素是从何而来的?


卡尔·萨根在他著名的纪录片《宇宙的边疆》中就说过:“地球的表面就是宇宙汪洋之滨。我们的本能告诉我们,我们是在这个大海里诞生的。我们还乡心切。我们也会。因为宇宙也在我们之中。我们都是星尘。”


基于卡尔·萨根的精神,天文学家Jennifer A.Johnson和Inese Ivans在8年前就酝酿着要绘制一幅元素起源的周期表。这是最初的版本:



△ 最初的版本,包括了许多的术语,比如 r-过程、s-过程、散裂和α-元素等等。(图片来源:Johnson & Ivans)


这次Johnson重新绘制了这张元素起源的周期表,替代了最初版本所用的术语,她用六种颜色代表不同的宇宙事件:大爆炸,宇宙射线,合并的中子星,以及三种不同类型爆炸的恒星。颜色的比例则代表了元素由不同事件产生的量。



△ 太阳系内的元素起源周期表,六个颜色代表了不同宇宙事件。蓝色:大爆炸;橙色:合并的中子星;黄色:低质量恒星的死亡;粉色:宇宙射线;绿色:爆炸的大质量恒星(超新星);浅蓝色:爆炸的白矮星。(图片来源:Johnson)


该周期表中包含了所有组成我们身体的关键元素,例如,由超新星爆发产生的氧(O)、磷(P)和硫(S),低质量恒星死亡产生的碳(C)和氮(N)。同时,宇宙中含量最丰富的氢(H)则是由一百多亿年前的大爆炸产生的。


注意,在该周期表中有两个用灰色表示的元素:锝(Tc)和钷(Pm),以及不包括所有超过铀(U)的元素,这是因为这些元素并没有稳定的同位素。我们只有在对撞机或核弹中制造它们时才会看到。


需要记住的是,这张元素起源的周期表仅限于太阳系。Johnson表示之后会制作早期宇宙时,这张周期表会是怎么样的。她也会给出更多关于她制作该周期表的来源和假设。


参考来源:

http://blog.sdss.org/2017/01/09/origin-of-the-elements-in-the-solar-system/



本文经授权转载自原理微信公众号

编辑:zcl



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