Какой химический элемент наиболее распространен во Вселенной?
Наиболее распространенными во Вселенной являются самые легкие элементы – водород и гелий.
На долю всех других, в том числе самых сложных «тяжелых», элементов приходится менее 1 процента. По массе 76,5 процента приходится на водород, 21,5 процента – на гелий, 0,3 процента – на неон, 0,82 процента – на кислород, 0,34 процента – на углерод, 0,12 процента – на азот, 0,12 процента – на железо, 0,07 процента – на кремний, 0,06 процента – на магний, 0,04 процента – на серу. Остаток – 0,13 процента – приходится на все другие элементы.
Таким образом, самым распространенным во Вселенной химическим элементом является водород.
Невидимый невооруженным глазом, этот газ может быть обнаружен с помощью радиотелескопов по испускаемым радиоволнам длиной 21 сантиметр.
Водород заполняет почти все межзвездное пространство, однако он невероятно разрежен: всего один атом на 10 или даже 100 кубических сантиметров. Тем не менее, поскольку межзвездное пространство огромно, огромен и общий объем газа.
Некоторые водородные облака «горячие», они имеют температуру до 7500 градусов, в редких случаях температура водорода доходит до миллионов градусов. Существуют также водородные облака большей плотности, в которых на 1 кубический сантиметр приходится от 10 до 100 атомов. Эти облака гораздо холоднее: их температура может опускаться до – 200 градусов Цельсия.
Большой взрыв создал только два химических элемента – водород и гелий (и небольшие количества дейтерия и лития).
Все остальные элементы, заполняющие таблицу Менделеева, появились только после возникновения звезд.
В их недрах в ходе термоядерных реакций синтеза постепенно образовались азот, кислород, углерод и более тяжелые элементы. Эволюция крупных звезд завершается их взрывами, после которых накопившиеся в таких звездах элементы рассеиваются в пространстве, загрязняют облака межзвездного газа и в свой час служат исходным сырьем для возникновения новых звезд.
В мире, в котором мы живем, идет постоянная переработка первородной материи – Вселенная обогащается тяжелыми элементами, а самых легких становится все меньше. Из образовавшихся в звездных недрах химических элементов состоит и наша Земля, и все живые существа на ней, в том числе люди. Поэтому все мы в определенном смысле дети звезд.
Источник
Сюрприз: угадайте, какой элемент во Вселенной на третьем месте по распространенности?
«Два самых распространенных элемента во Вселенной — водород и глупость». — Харлан Эллисон. После водорода и гелия, в периодической таблице сплошь и рядом идут сюрпризы. В числе самых удивительных фактов есть и то, что каждый материал, которого мы когда-либо касались, который видели, с которым взаимодействовали, состоит из одних и тех же двух вещей: атомных ядер, заряженных положительно, и электронов, заряженных отрицательно. То, как эти атомы взаимодействуют между собой — как они толкаются, связываются, притягиваются и отталкиваются, создавая новые стабильные молекулы, ионы, электронные энергетические состояния, — собственно, определяет живописность мира вокруг нас.
Даже если именно квантовые и электромагнитные свойства этих атомов и их составляющих позволяют нашей Вселенной существовать с теми свойствами, что у нее есть, важно понимать, что Вселенная начиналась вовсе не со всеми этими элементами. Совсем наоборот, начинала она практически без них.
Видите ли, чтобы достичь разнообразия структур связи и построить сложные молекулы, которые лежат в основе всего, что нам известно, нужно очень много атомов. Не в количественном выражении, а в разнообразном, то есть чтобы были атомы с разным числом протонов в их атомных ядрах: именно это делает элементы разными.
Наши тела нуждаются в таких элементах, как углерод, азот, кислород, фосфор, кальций и железо. Кора нашей Земли нуждается в таких элементах, как кремний и множество других тяжелых элементов, тогда как ядро Земли — чтобы вырабатывать тепло — нуждается в элементах, наверное, всей периодической таблицы, которые встречаются в природе: торий, радий, уран и даже плутоний.
Прошло некоторое время. Первые ядра слились вместе и больше не разошлись, произведя водород и его изотопы, гелий и его изотопы, а также крошечные едва различимые объемы лития и бериллия, последний впоследствии радиоактивно распался на литий. С этого началась Вселенная: по числу ядер — 92% водорода, 8% гелия и примерно 0,00000001% лития. По массе — 75-76% водорода, 24-25% гелия и 0,00000007% лития. В начале было два слова: водород и гелий, на этом, можно сказать, все.
Сотни тысяч лет спустя Вселенная остыла достаточно, чтобы смогли образоваться нейтральные атомы, а десятки миллионов лет спустя гравитационный коллапс позволил состояться первым звездам. Вместе с этим, явление ядерного синтеза не только наполнило светом Вселенную, но и позволило сформироваться тяжелым элементам.
К моменту рождения первой звезды, где-то 50-100 миллионов лет после Большого Взрыва, обильное количество водорода начало сливаться в гелий. Но что еще более важно, самые массивные звезды (в 8 раз массивнее нашего Солнца) сжигали свое топливо очень быстро, выгорая всего за пару лет. Как только в ядрах таких звезд заканчивался водород, гелиевое ядро сжималось и начинало сливать три ядра атома в углерод. Потребовался всего триллион этих тяжелых звезд в ранней Вселенной (которая образовала намного больше звезд в первые несколько сотен миллионов лет), чтобы литий был побежден.
И тут вы, наверное, думаете, что углерод стал элементом номер три в наши дни? Об этом можно подумать, поскольку звезды синтезируют элементы послойно, как луковица. Гелий синтезируется в углерод, углерод в кислород (позже и при большей температуре), кислород в кремний и серу, а кремний в железо. В конце цепочки железо не может слиться больше ни во что, поэтому ядро взрывается и звезда становится сверхновой.
- медленного захвата нейтрона (s-процесс), последовательно выстраивающего элементы;
- слияния ядер гелия с тяжелыми элементами (с образованием неона, магния, аргона, кальция и так далее);
- быстрого захвата нейтрона (r-процесс) с образованием элементов до урана и дальше.
Но у нас было не одно поколение звезд: у нас было много таких, и поколение, которое существует ныне, построено в первую очередь не на девственном водороде и гелии, но и на остатках от предыдущих поколений. Это важно, поскольку без этого у нас никогда бы не было твердых планет, лишь газовые гиганты из водорода и гелия, исключительно.
За миллиарды лет процесс образования и смерти звезд повторялся, все с более и более обогащенными элементами. Вместо того чтобы просто сливать водород в гелий, массивные звезды сливают водород в цикле C-N-O, со временем выравнивая объемы углерода и кислорода (и чуть меньше азота).
Кроме того, когда звезды проходят через гелиевый синтез с образованием углерода, довольно просто захватить лишний атом гелия с образованием кислорода (и даже добавить еще один гелий к кислороду с образованием неона), и даже наше Солнце будет делать это во время фазы красного гиганта.
Когда мы смотрим на останки сверхновой и планетарные туманности — остатки очень массивных звезд и солнцеподобных звезд соответственно — мы находим, что кислород превосходит углерод массово и количественно в каждом из случаев. Мы также обнаружили, что ни один из других элементов тяжелее и близко не стоит.
Что будущее нам готовит?
Вселенная меняется. Кислород — третий по распространенности элемент в современной Вселенной, и в очень, очень далеком будущем, возможно, поднимется выше водорода. Каждый раз, когда вы вдыхаете воздух и чувствуете удовлетворение от этого процесса, помните: звезды — единственная причина существования кислорода.
Источник
Самое распространенное вещество во Вселенной
Не будем тут лезть в дебри непознанного, не станем считать Темную Материю и Темную Энергию, поговорим лишь об обычном веществе, о привычных химических элементах, размещенных в (на сегодняшний момент) 118 клеточках таблицы Менделеева.
Атомарный водород H1 это то, из чего состоят все звезды в галактиках, это основная масса нашей привычной материи, которые ученые называют барионной. Барионная материя состоит из обычных протонов, нейтронов и электронов и является синонимом слова вещество.
Но одноатомарный водород не совсем химическое вещество в нашем родимом, земном понимании. Это химический элемент. А под веществом мы обычно имеем ввиду какое-то химическое соединение, т.е. соединение химических элементов. Понятно, что самое простое химическое вещество это соединение водорода с водородом же, т.е. обычный газообразный водород H2, который мы знаем, любим и которым наполняем дирижабли-цеппелины, от чего они потом красиво взрываются.
Двухтомный водород H2 заполняет большинство газовых облаков и туманностей космоса. Когда под действием собственной гравитации они собираются в звезды, поднявшаяся температура разрывает химическую связь, превращая его в атомарный водород H1, а все увеличивающаяся температура отрывает электрон e — от атома водорода, превращая в ион водорода или просто протон p + . В звездах все вещество находится в виде таких ионов, образующих четвертое состояние материи — плазму.
Опять таки, химическое вещество водород не очень интересная штука, оно слишком простое, давайте поищем что-то более сложное. Соединения, составленные из разных химических элементов.
Следующим по распространенности во Вселенной идет химический элемент гелий He, его во Вселенной 24% от общей массы. По идее, самым распространенным сложным химическим веществом должно быть соединение водорода и гелия, только вот беда, гелий — инертный газ. В обычных и даже не очень обычных условиях гелий не соединятся с другими веществами и сам с собой. Путем хитрых ухищрений его можно заставить вступать в химические реакции, но такие соединения редки и обычно долго не живут.
Значит нужно искать соединения водорода со следующими по распространенности химическими элементами.
На их долю остается лишь 2% массы Вселенной, когда 98% составляют упомянутые водород и гелий.
Третьим по распространению идет не литий Li, как могло бы показаться, глядя на таблицу Менделеева. Следующий по количеству элемент во Вселенной это кислород O, который мы все знаем, любим и дышим в виде двухатомного газа без цвета и запаха O2. Количество кислорода в космосе далеко обгоняет все остальные элементы из тех 2%, что остались за вычетом водорода и гелия, фактически половина остатка, т.е. примерно 1%.
А значит, самым распространенным веществом во Вселенной оказывается (мы вывели данный постулат логически, но это так же подтверждается экспериментальными наблюдениями) самая обыкновенная вода H2O.
Воды (в основном в замороженном состоянии в виде льда) во Вселенной больше чем чего бы то ни было. За вычетом водорода и гелия, конечно.
Из воды состоит все, буквально все. Наша Солнечная Система тоже состоит из воды. Ну, в смысле Солнце, конечно, состоит в основном из водорода и гелия, из них же собраны газовые планеты гиганты вроде Юпитера и Сатурна. Но вся остальное вещество Солнечной Системы сосредоточено не в каменнеподобных планетах с металлическим ядром типа Земли или Марса и не в каменном поясе астероидов. Основная масса Солнечной Системы в ледяных обломках, оставшихся от ее образования, изо льда состоят кометы, большинство астероидов второго пояса (пояса Койпера) и облако Оорта, находящееся еще дальше.
К примеру известная бывшая планета Плутон (ныне карликовая планета Плутон) на 4/5 частей состоит изо льда.
Понятно, что если вода находится далеко от Солнца или любой звезды, она замерзает и превращается в лед. А если слишком близко, испаряется, становится водяным паром, который уносится солнечным ветром (потоком заряженных частиц испускаемых Солнцем) в удаленные регионы звездной системы, где он замерзает и опять-таки превращается в лед.
Но вокруг любой звезды (повторяю, вокруг любой звезды!) есть зона, где эта вода (которая, опять повторюсь, является самым распространенным веществом во Вселенной) находится в жидкой фазе воды собственно.
Жидкой воды во Вселенной до черта. Вокруг любой из 100 миллиардов звезд нашей галактики Млечный Путь есть зоны, называемые Зоной Обитаемости, в которых существует жидкая вода, если там находятся планеты, а они должны там находиться, пусть не у каждой звезды, то у каждой третьей, или даже у каждой десятой.
Скажу больше. Лед может таять не только от света звезды. В нашей Солнечной Системе существует масса лун-спутников, вращающихся вокруг газовых гигантов, где слишком холодно от недостатка солнечного света, но на которые зато действуют мощные приливные силы соответствующих планет. Доказано, что жидкая вода существует на спутнике Сатурна Энцеладе, предполагается, что она есть на спутниках Юпитера Европе и Ганимеде, и наверняка много где еще.
Даже на Марсе ученые предполагают, может существовать жидкая вода в подземных озерах и кавернах.
Вы думаете, я сейчас начну говорить о том, что раз вода является самым распространенным веществом во Вселенной, значит здравствуй иные формы жизни, привет инопланетяне? Нет, как раз наоборот. Мне смешно, когда я слышу заявления некоторых чересчур увлеченных астрофизиков — «ищите воду, найдете жизнь». Или — «на Энцеладе/Европе/Ганимеде есть вода, а значит, наверняка там должна быть и жизнь». Или — в системе Глизе 581 обнаружена экзопланета, находящаяся в обитаемой зоне. Там есть вода, срочно снаряжаем экспедицию в поисках жизни!»
Воды во Вселенной масса. А вот с жизнью по современным научным данным пока как-то не очень.
Источник