地球上的化学元素是宇宙中的全部元素吗?有没有哪些元素是外星才有而地球没有的?

地球上天然存在的元素有94种,包括从1号氢到94号钚。而目前已知的元素已经达到了118种,另外24种元素都是人工合成的。如果排除人工元素,那么,宇宙中的其他星球上确实有可能存在地球上天然没有的化学元素。不过,其他星球上超铀元素的丰度应该会非常,并且包含的元素种类与地球不会相差太大。至于原因,这就要涉及到宇宙中的元素来源和星球的演化。

根据标准宇宙模型,宇宙的起源要追溯到138亿年前的无穷小奇点。宇宙的最初时候并没有今天所知的物质,也没有空间。宇宙从大爆炸中诞生大约10秒之后,经历了暴胀的宇宙逐渐冷下来,宇宙开始了持续时间十几分钟的太初核合成过程。在此期间,质子(氢原子核)和中子逐渐形成,并且质子和中子又结合成氦核。

由于宇宙进一步膨胀冷却,密度和温度大幅度下降,宇宙没有条件继续进行核聚变反应。虽然太初核合成只持续了十几分钟,但这个过程产生了如今宇宙中的一切物质基础。由于光子与重子的比例,宇宙合成出的氢的质量占比近乎75%,氦的质量占比近乎25%,另外还有极少量的铍和锂。

在宇宙诞生大约一亿年之后,在经过充分冷却的宇宙中,氢和氦气体云结合形成了第一代恒星。在恒星中,通过氢会发生核聚变反应形成氦。而当氢耗尽(核心区域)之后,氦又会进一步发生核聚变反应形成宇宙中还未出现的新元素。

由于第一代恒星的质量非常高,它们在合成到26号铁元素之后会走向死亡,结果会发生猛烈的超新星爆发。通过中子俘获过程,在超新星爆发期间,又会合成更重的元素。不过,随着原子序数的增加,合成所需的条件越来越苛刻,所以元素丰度也就会越来越低。

在第一代恒星死亡之后,它们合成的重元素会散播到星云中。此后,从这些星云中诞生的恒星就会包含重元素。太阳最初也是从上一代死亡恒星的部分残骸中诞生,所以地球上才会有一系列的重元素,生命才有可能进化出来。

如果星云被大质量恒星的超新星爆发波及到,那么,从这些星云中形成的天体所具有的元素种类跟地球是差不多的,只是丰度上的一些区别而已。当然,其他星球上确实会包含少数地球上天然没有的元素,只是这些元素的丰度应该会非常低。

另外,其他星球上不大可能会出现原子序数特别高的元素,因为超铀元素非常不稳定,它们很容易衰变成更稳定更轻的原子。正因为如此,人工合成出的94号以上的元素通常只能保存很短的时间。

宇宙中除了由各种元素组成的普通物质之外,还可能存在至今未能理解的暗物质。根据观测结果推测,暗物质远多于普通物质,并且它们的组成不再是我们所知的化学元素。

有序的元素周期表表明,应该是全部,外星球若有独有的,也只可能是同位素或极不稳定的高核元素。

地球上的化学元素,截止去年,已经发现认证了118种,包括24种人造的和94种天然发现的。

它们之间的分界线就是制造原子弹的重核元素铀(you)元素,铀以上的人造发现的,包括铀及其以下的是天然发现的,所以人造元素,又叫做超铀元素。

这里说明一点,人造元素不是说只是人类造出来的,只是因为苛刻的造就条件和不稳定的核,使得这些人造元素在自然界极其稀有,但本不代表不存在。

人造元素的发现,都是在一些极端环境下产生的,造就这些超重元素的基本原理就是——以较轻的一种或者多种(一般两种)原子核高速相撞,克服两个核子之间的库仑力结合产生的。

这听起来简单,实则困难的多,最初的人造元素,是来自核反应堆产生的,越往后大部分就是靠更高能量的粒子对撞机产生的了。

速度低了不能克服库仑力结合,速度高了又会撞了粉碎,所以制造人造元素并不简单,但总的来说是“大力出奇迹”。

说了这么多,这和问题有什么关系?

归纳一下,就是地球有的,地球以外的地方肯定有,而地球没有的,外星可能有。

这看懂我上面讲的那些理解这个并不难,要知道,地球上单位时间单位体积内产生的能量最高地方,就是粒子对撞机内,也就在这里,才能使得粒子有足够的速度克服它们之间的库仑斥力,结合产生更高核子数的粒子。

但地球上这种能量放到外星来看,就是小巫见大巫,比如和重元素量产最多的超新星相比,粒子对撞机产生的能量根本不值一提。而制造更多元素,需要更大的能量,外星恰恰给了这个可能,所以地球有的,外星都有,地球没有的,外星可能有。

至于外星哪些元素有的地球没有,目前并不知道,无论在外星还是地球,超重元素并不稳定,容易发生放射性衰变,存在时间极短,所以很难即使准确地辨认发现。

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关于元素的问题,只能靠我们的猜想。

依我看,地球上的元素,只是宇宙中元素的九牛一毛。

地球表面

自然形成的有且只有94种元素,95号以上的元素,都是人费劲吃力的造出来的,由于地球上的受力温度等条件的限制,人造元素只能存在很短的时间,就衰变了。

地球中心

在地球中心,由于引力大,就存在着95——188号元素。

白矮星上

在白矮星上,存在着189——376号元素。

黑矮星上

在黑矮星上,存在着377——752号元素。

宇宙黑洞

在宇宙黑洞中,存在着753——1506号元素。

暗物质中

在宇宙的暗物质中,存在着成千上万号的元素。

反物质中

在反物质中,存在着-1—— -n号元素。-n号元素,的原子核和核外电子都带有相同数量的负电。

反物质和物质性质相反。物质有引力,而反物质有排斥力。所以说,物质是无法接近反物质的。

现在可以肯定的回答这个问题,目前地球上攘括了宇宙中全部元素,还没有发现外星有而地球上没有的元素。

人类现在发现的元素有118种,其中在大自然中自然存在的有92种,人工制造的元素有26种。这些人造元素并非大自然中不存在,是人类凭空造出来的,而是这些元素都极不稳定,半衰期太短,在自然界很难留存,丰度非常小,所以难以获得。

科学是要讲证据的,现在宇宙中没有发现除地球元素以外的元素,并不是说以后就不会发现新的元素,但很难有地球或太阳系以外的元素,这是由于元素生成的机制所决定。

宇宙中最早没有这些元素,宇宙大爆炸38万年后,温度和密度才降低到中性原子生成的条件,开始产生元素。

最早产生的元素只有氢和氦,还有极微量的锂。所以最早的恒星(第一代恒星)是没有氢氦锂以上的重元素的,是恒星演化才不断地造就出新的重元素。

而最终造出现在发现地118种元素的原因,就是超新星大爆炸,在极高的高温高压下,通过核聚变,才能够使轻元素不断地往上一级重元素转化。

像太阳这样的恒星,中心压力和温度只能够使核聚变从氢到氦,最终到碳就结束,这样就产生了从氢到碳之间的一系列元素;比太阳质量大8倍以上的恒星,其中心温度和压力可以维持核聚变一直到铁结束,这样就产生了从氢到铁之间一系列的元素。

恒星核心铁元素的生成,是大质量恒星发生超新星大爆炸的诱因。

铁是一种超稳定的元素,其核聚变不但不会产生能量,还要消耗能量,这样大质量恒星在演化晚期就没有办法使铁在往更重元素转化,中心核聚变停止。

没有了核聚变巨大的张力抵消恒星巨大的收缩压,恒星外围的物质就会极速的向中心坍缩,这种坍缩速度可以达到光速的一半,每秒15万公里。

恒星中心是一个巨大的铁核,物质以亚光速冲撞这个铁核,被铁核顽强的反弹回去,反转的物质以同样的速度冲击星体的外壳,威力无比的巨大爆炸就发生了。

这就是超新星爆发。超新星爆发瞬间的力量可以照亮一个星系,所发出的光甚至比一个星系发出光的总量还要大若干倍,这种巨大的能量就使各种元素进一步往重元素聚变,就有了我们现在发现的所有118种元素。

人造元素也是通过用氢元素在接近光速的高速中,轰击重元素,在高温高压下,使它们的原子核融合在一起,这就是核聚变。

通过这种做加法的办法,获得更重的元素。

我们太阳系就是上一代甚至上上一代恒星,发生超新星大爆炸后,残留的星际物质形成的再生星云,通过长期酝酿孵化出来的,是第二代甚至第三、第四代恒星,所以才有这么多的重物质,才能够攘括宇宙中所有元素。

因此,今后有可能会发现新的元素,但很难发现地球上或太阳系没有的元素。因为太阳和地球是超新星大爆炸后产生的后代,而超新星是宇宙所有元素的终极制造者。

就是这样,欢迎讨论。

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地球上的化学元素是宇宙中的全部元素吗?有没有哪些元素是外星才有而地球没有的?

这个问题问不同的人,将会得到不同的答案,但科学家大都会给出这样的答案,地球上就包含了宇宙中所有元素!似乎没有商量余地,连可能都不加,为什么科学家会给出如此明确的答案?

元素是怎么来的?

古希腊有四元素之说,当然我们现在知道这是一个完全错误的答案,但事实上在2000多年前就能用这种严谨的思维来思考整个世界,其实也是难能可贵的!这是比较可惜的是古希腊灿烂的文明之后,科学居然停滞了1500多年,一直到欧洲文艺复兴时期才重新开始发展!

元素周期表

元素是随着燃素说的没落而逐渐被认识的,到十八世纪的拉瓦锡时代,他通过对硫、锡和铅在空气中燃烧现象确定了氧化一说,到1789年时,他将陆陆续续发现的元素编制了33种元素的化学元素列表!

1804年初道尔顿提出了原子论,认为化学元素都是不可分割的微粒组成,这些微粒就是原子!同一元素的原子性质都相同,当元素化合时元素按简单整数倍形成结合,这个理论非常简洁有力,但一直缺乏实验证据!

1869年,门捷列夫发现了元素周期律,发表了第一份元素周期表,按原子量大小排列,将原子价相似的元素上下排成纵列,并预见了12种尚未发现的元素,尽管此前有过不少元素周期表的排列,但门捷列夫的周期表非常直观并易于理解,人类对元素的认识上一个台阶。

电子、原子核和质子以及中子发现

1899年汤姆逊在做阴极射线在电场下偏转实验时发现了电子;1909年卢瑟福在做α粒子散射实验时发现了原子核,1918年他在α粒子轰击氮原子核又发现了质子。1932年查德威克以α粒子轰击硼-10原子核发现了中子,至此组成元素的各个关键角色都已经登场!

区别元素的标准

到上世纪30-40年代时,科学家已经知道了元素之间那么大差异的原因,电子和质子决定了元素的化学属性,而质子则决定了元素之间的序号差异,中子没有存在感?完全错了,同位素的属性就是由中子数决定的,它还起到了稳定原子核的作用,当然这也有个限度,很多情况下也会导致不稳定。

元素之间可以通过聚变向质子数和中子数更高的元素转变,同时还能释放出巨大的能量,是不是很神奇?不但能取得各种元素,而且还可以获得能量,因为在聚变成更高元素序号时会有质量亏损,而能量释放的大小则遵循E=mc2,所以这个能量大到难以想象,比如太阳经过了45亿年仍然可以一如既往的发光发热,就是核聚变的功劳!

轻核可以通过聚变成重核,重核也可以通过裂变成轻核,裂变同样会有质量损失,也一样遵循质能方程,只是比例要比核聚变要小一些,但仍然大到远超我们的想象,比如原子弹和核裂变电站。它们中间最稳定的元素是铁。

除了聚变和裂变能改变元素序号外,还有重核元素以及同位素的放射性衰变、以及中子捕获改变元素的序号,比如红巨星中的比铁重的元素就通过这种模式完成的,另外超新星中则完成比铁更重的元素的快中子捕获,这个效率更快,中子星合并时这个效率会更高!比如黄金,中子星合并的效率非同一般!

宇宙中的元素有穷尽吗?

从理论上来看,元素是没有穷尽的,但也仅仅只是理论上,因为序号越高的元素越不稳定,从93号镎的百万年年到97号锫的千年,再到100号元素镄的百天内,之后就是分钟,秒,最后到118号元素Og的毫秒级别,你会发现,半衰期是几何计算减少的!

因此这些元素在理论上是可以无限增加的,但它们并不能长久存在,即使侥幸出现,也会在顷刻间转变为另一种元素,当然某些极端条件下可以让某些元素延迟衰变,但实现条件非常苛刻,自然界很难提供这种环境!

稳定岛理论

当原子核中的质子和中子数为幻数或者两者均为幻数时,原子核特别稳定!已经发现的幻数有2(氦)、8(氧)、20(钙)、28(镍)、50(锡)、82(铅)、126()?,在92号以及序号再高的元素,已经极不稳定,到了118号半衰期达到毫秒级,所以126号是可能存在的最高序号稳定元素,科学家都非常期待,但很可惜,到现在为止还制造不出这种超重元素!

精细结构常数下的最高序号元素

费曼提出理论上最稳定结构的元素序号应该是137,因为通过精细结构常数和波尔的原子模型,可以推导出如果出现大于137号元素,那么1s轨道上的电子就会不受控制,因此它是可能存在的最高元素!

相对论基本假设中的最高序号元素

相对论中的光速不可超越是宇宙中速度的天花板,因此从理论上来看电子以不可超过光速为极限去推算元素界可能存在的最高元素序号,它的质子数是172,也就是理论最大值是172号元素!

这些理论中,除了126号元素科学家比较期待以外,往上也就不抱希望了,126号元素到底是否存在,估计就没有任何人知道了,也许这些问题只能留给未来!

宇宙中会有存在这种元素的地方吗?

宇宙的中子星几乎就是中子行程的星球,外围则会存在部分离子,这样的结构实在不好定义元素序号,要么零号元素,因为没有质子!或者NNNNNNNN号元素,因为外围还有离子,而且数量庞大的恐怖,不过它却无法稳定存在,因为一旦脱离中子星环境就会衰变,变成质子+中子的普通元素同时还会释放大量能量!

也许还有夸克星这种变态的天体,只是未能被验证!之后的黑洞都压缩成了奇点,不知道怎么来形容这样的物质!尽管宇宙中变态天体那么多,但元素这种东西还就那么点,而暗物质到底算不算元素?估计没人能回答这个问题,因为仅仅以弱相互作用力和引力,不知道是能建构成啥物质。

而暗能量,那就更飘渺了,尽管有证据表明它存在,但暗能量到底是什么呢?为什么会那么变态?科学家也想知道!

地球上的化学元素是宇宙中的全部元素吗?有没有哪些元素是外星才有而地球没有的?

截至目前,地球上的自然形成元素和人工合成元素种类已经达到118种,其中自然元素94种。不同元素的区分,我们以原子核中质子的数量差异为根本原则,不同的元素其物理化学性质会出现不同程度的差别,但是每隔特定的原子序数,不同的元素之间的理化性质会存在着一定的相似性,对于这样的元素我们称为同族元素。对于拥有相同质子数、而中子数不同的元素,我们将它们定义为某种元素的同位素,它们在整体理化性质相近的同时,也会呈现出一定程度的性状差异。那么,宇宙中其它天体上的元素,是否和地球上的完全一致呢?

要回答这个问题,我们得了解一下宇宙中元素的形成过程。纵观宇宙发展史,能够决定一个星体元素种类的因素,可以归结为三个主要进程。第一个进程是宇宙大爆炸进程,奠定了宇宙中所有物质的基础。在距今138.2亿年之前,宇宙的所有物质和能量能集中到奇点之上,随着量子涨落效应的积累,发生了大爆炸,在极短的时间内向外释放巨量的物质和能量。

在大爆炸刚开始的十几分钟内,由于能量极大、温度极高,在急速膨胀的过程中只能形成太初核体,也就是质子和中子以及自由电子,但不能形成原子核。直至大爆炸38万年之后,随着温度的逐渐冷却,中子已经失去了自由存在的条件,不是发生衰变,就是与质子结合,于是结合形成宇宙中第一批中性原子,即以氢原子为主,还包含少量的氦以及微量的铍、锂等元素,氢原子的占比高达90%以上。

第二个进程是恒星核聚变进程,形成了铁元素及以下的轻元素。宇宙诞生出自由原子以后,以氢、氦等为主的元素组合成的气体物质,形成了许许多多星云团,依靠微弱的引力作用聚合到一起。在漫长的引力扰动作用下,这些星云气体逐渐向某一中心聚集和坍缩,使得中心区的质量越来越大、温度越来越高,周围的星云气体在角动量守恒和能量转化的作用下,或者成为中心的一部分,或者逐渐形成以一定的角速度围绕中心旋转的状态。

当核心区温度达到1000万摄氏度和压力上千亿个大气压下,部分氢原子核中的质子,就会在量子隧穿效应的作用下,克服了原子核之间库仑力的排斥,从而顺利“钻入”另一个原子核之中,从而激发出质子与质子间的链式反应,4个氢原子聚合为1个氦原子核,并向外释放一定的能量。在恒星物质积累的初期,如果吸聚的物质质量越大,那么其核心区的温度就会越高,为核聚变提供的条件也就越优越,最终核聚变的产物也就会越丰富,一直持续到比结合能最高的铁元素为止。

第三个进程是超新星爆发进程,形成了众多比铁元素原子还高的重元素。当大质量的恒星进入生命末期之后,外层物质的重力作用就会明显占据上峰,从而引发剧烈的坍缩,在这个过程中推动了坍缩路线上环境温度的急剧上升,从而引发了不可控的核聚变,这种核聚变产生的向外辐射压能够推动部分恒星物质向外释放。同时,外层物质一旦坍缩至恒星高致密度的铁核,也会产生强烈的反弹激波,推动中部和外层恒星物质的向外剥离,从而形成超新星爆发。

由于超新星爆发的能量巨大,瞬间产生的环境温度可以达到几百亿度,这种情况下所释放出来的中子,就会与之前恒星剥离出去的各种物质进行结合,这个过程也称为快中子俘获过程,因此会形成众多比铁元素原子序数还要高的重元素,以这些元素为班底形成了超新星爆发之后的星云物质,为后来新星体的形成奠定了物质基础。

我们所在的太阳系,就是在上一任恒星发生超新星爆发之后,逐渐在引力作用下发生聚合后的产物,地球上目前所发现的各种自然元素,说到底,都来源于上述三个宇宙元素“奠基”的进程,同时我们还可以得出一个结论,那就是宇宙中所有的星体,其形成过程都离不开上述进程,因此从理论上来说,宇宙中所有元素,都不可能跳离上述进程而单独生成和循环演化,地球上所有的自然元素,应该与其它星体上的基本一致。

为什么说基本一致呢?这里面还得解释一下,如果我们发现新元素,那么也就意味着在目前发现元素的基础上,需要原子核中质子数量的再次提升,但是原子序数越大,其形成的条件也就越苛刻,所需的能量也就越高,同时稳定性也会越来越差,在很短的时间内就会发生衰变,从而形成稳定性更强的“较轻元素”,这也是截至目前,我们还没有在地球以外的星体中观测和分析出新元素的主要原因。当然,我们不能排除这种可能性,因为毕竟我们的观测条件和技术水平,距离深空探测的有效需求还有非常大的差距,比如在黑洞的吸积盘内、星系中央靠近巨型黑洞的恒星密集区等区域内,或许存在着能够支撑更重元素生成和存在的有利条件,正等待着我们去探索和发现。

这个问题可以很肯定的回答是:全都有

不仅是宇宙中发现的元素我们都有,而且宇宙还没发现的宇宙,物理学家也能想办法在实验里造出来了。氢和氦是靠宇宙大爆炸初期产生的,恒星内部能合成铀之前的所有的元素。(跟根据B^2FH理论,铁元素之后的元素要在超新星爆发时才能产生。)

地球运气很好,正好在上一代恒星中心附近,在上一代恒星超新星爆炸后,残余物在引力作用下形成了地球。

而99号以后的元素都是科学家自己合成的,现在2016年合成到了118号元素,2017年也有机构公布他们发现了119号,现在科学家其实纠结的不是如何把元素周期表补全。(这其实是100年前在考虑的事情)他们现在更想知道元素周期表的尽头在哪里?

根据稳定岛理论,尽头可能是126号。

根据费曼对精细结构常数推算,尽头很可能是137号。

根据狭义相对论对于最内层电子光速的限定,尽头可能是172号。

这个是现在还没有定论的。

可以这么说,宇宙中的所有化学元素在地球上都能找得到。目前还没有发现有那种元素是外星球上有而地球上没有的。为什么会说地球涵盖了宇宙中全部的化学元素呢?我们了解了一下宇宙中的物质元素是如何产生的就明白这个问题了。

图示:化学元素周期表

现在科学界的主流观点认为宇宙起源于距今138.2亿年前的一次大爆炸。宇宙发生大爆炸之后物质就产生了。宇宙中最早产生的物质元素是氢元素和氦元素。氢和氦有形成了宇宙中第一代恒星。如果我们把氢元素和氦元素看作是宇宙中其它物质元素产生的原材料的话,那么恒星就是宇宙中物质元素生产的大熔炉。大量的化学元素在恒星内部产生了。

恒星是怎样产生新的化学元素的呢?恒星是通过内部的核聚变反来产生新的化学元素的。不过不同大小的恒星产生新的物质元素的能力有所不同。像太阳这么大的恒星最多只能到产生碳元素其核聚变反应就停止了。

图示:恒星内部产生的化学元素

那些碳元素以上的更重的元素的产生就要在比太阳质量大8倍以上的恒星内部产生。这些恒星恒星可以将核聚变反应一直持续到铁元素的产生。但是再大的恒星也无法产生比铁更重的物质了。像我们地球上贵重金属,金、银、铂这些元素在恒星内部是无法产生的。它们的产生需要更高的温度和压力。这种极端的环境只能由超新星爆发来实现。

超新星爆发就是恒星的死亡。大质量的恒星通过超新星爆发瞬间产生了极端的高温和高压,使得原来恒内部残余的物质再次发生核聚变反应,产生了比铁元素更重的化学元素。宇宙中的所有元素都是来自这两种途径——恒星内部的核聚变反应和超新星爆发。

图示:超新星爆炸产生比铁更重的元素

恒星通过内部核聚变反应及超新星爆发产生的化学元素最终被抛到宇宙的各个角落,弥散到星际尘埃当中。大约在46亿年前,一片包含了前几代恒星抛射化学元素尘埃的星云形成了太阳系。这片星云物质的一部分就形成了地球。

地球上目前已经发现了118中化学元素,其中有24中是人造元素。我们在今后可能还会发现新的化学元素,但是新的元素必定也是在地球上能够找得到的。

地球上的化学元素是宇宙中的全部元素吗?有没有哪些元素是外星才有而地球没有的?

第一个问题:地球上的化学元素,就种类而言,是完全一样的。地球上的元素可以通过化学分析来确定其有无和含量,太空中的元素,一般可通过光谱分析来确定其有无和含量,两者相比较,不难得出这样的结论:地球上的元素,种类和太空中是一样的。

第二个问题:尽管元素种类一样,但是地球和太空中的丰度,也就是含量,差异很大。

宇宙元素丰度

地球元素丰度

上边两张图,是宇宙空间和地球各种元素的丰度分布。比较两张图可以看出,基本是宇宙有的元素,地球上都有,反之亦然。但是两种含量差别很大。例如,宇宙空间氢氦碳氮氧氖含量比较丰富,但是地球上氧硅镁铝钙铁含量高,氦和稀有金属却非常稀有。

之所以呈现这样的差别,主要的原因是宇宙空间和地球的形成时间并不一致,形成时间越短的天体,其铁以前的元素含量越高、不稳定元素含量越高,相反,越是形成时间久远的天体,铁及以后的元素含量越高、不稳定元素含量越少。例如43号元素锝,在地球上非常稀少,几乎难觅踪迹,在宇宙空间却丰富得多。

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