为什么第26号铁元素会引爆超新星？地球上那么多铁会很危险吗？

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为什么第26号铁元素会引爆超新星？地球上那么多铁会很危险吗？

恒星和行星中铁元素的形成机制有差别，铁是恒星生命向终点进发的临界点，而对于行星来说是物质循环的重要组成部分，对于生命的形成和发展也具有重要作用。因此，铁能触发超新星产生爆炸，但不会对行星运行产生任何影响。

不同质量的恒星最终的核聚变产物会有差异

恒星内部之所以能够进行核聚变，来源于恒星形成初期，周围大量气体物质和星际尘埃不断聚合的结果，随着吸积物质的逐渐增多，内核引力逐渐增大，引发重力坍缩，加剧物质碰撞，温度持续上升，压力不断加大。当达到1000万摄氏度左右时，就会激发最轻元素氢原子的核聚变反应，四个氢原子通过链式反应形成一个氦原子，并且释放光子和能量。

而维持恒星能够稳定运行的关键，则是由内部的核聚变产生向外的辐射压，与恒星外壳向内重力的平衡性所决定。当恒星内部温度太高、压力太大，则向外的辐射压就会超过重力影响，引发物质大量喷发，恒星就会有几率发生爆炸。当内部参与核聚变的物质数量减少时，温度降低，核聚变程度减弱，向外的辐射压减小，向内的重力作用就会占据主导地位，引起外壳物质的向内坍塌。

在坍塌的过程中，由于外壳拥有一定量的可以参与核聚变的物质，这些物质的加入可以重新提升核聚变程度，或者激发新形成物质进行新一轮的核聚变反应，生成新的聚变产物，从而推动内核压力重新上升、温度重新升高，向外的辐射压提升，使恒星得以保持原来的形状和大小。

从最轻的氢元素开始，能够激发后来新产生元素再进行核聚变，所需要的温度是不断提升的。对于质量较小的恒星，由于参与核聚变的总物质量较少，即使发生坍缩，也不足以支撑新形成元素的核聚变，那么恒星的演化历程就结束了，比如太阳是一颗质量处于中等左右的恒星，其核聚变只能达到碳或者氧的级别，后期新元素的形成所需要的高温环境，太阳达不到这个要求，因此最多在聚变到氧的地步之后，恒星内部的核反应就逐渐中止，形成白矮星慢慢冷却。

而对于质量较大的恒星，由于参与核聚变的物质来源比较丰富，内核的温度会达到很高，可以支撑后续的核反应接着进行，因此根据相应的质量级别，可以在恒星表面逐渐形成除氢、氦、碳、氧之外的圈层结构，比如氖、钠、镁、硅、磷、硫等等，一直可以进行到铁元素。

当进行到铁元素之后，由于铁的比结合能在所有元素中是最高的，要触发其核聚变反应，其输入的能量要比输出的能量还要高，因此恒星到达这一步之后，其内核就不能再产生更高的温度，也就标志着大质量恒星迈入了晚年的行列。

铁元素为何能激发超新星爆炸

大质量的恒星最后在聚变形成大量的铁元素之后，会形成一种元素分层分布的洋葱结构，中心为铁核，向外依次为硅层、镁层、氧层、碳层、氦层、氢层。

当聚变形成的铁核质量超过钱德拉塞卡极限（1.44倍太阳质量）时，就会引发铁核的坍缩，重力势能被释放，部分铁原子重新被离解为氦原子，外层电子在巨大压力下被压进氦核，开启恒星中子化的进程，同时释放大量中微子。

而在此过程发生之后，继续进行恒星的演化，即由坍缩引发的爆炸。当坍缩的外层物质在向内核移动的过程中，遇到处在向中子化方向发展的内核时，就会产生超能量的激发波，激发波向外层进行反弹，将恒星外层的物质瞬间剥离，从而出现光度迅速上升、恒星物质大量散发的爆炸现象，也就是我们常说的超新星爆炸。

当然，恒星产生爆炸的原因，也不全是由于铁核的坍缩，还有一种情况是失控的热核反应，在核聚变产生过程中（还没有进行到铁），由于引力值大于向外的辐射压，星体发生坍缩时，没有被完全释放的引力能有一部分转化为热能，使得星体温度迅速升高，达到碳、氧等元素的核聚变温度，产生失控的热核反应，继而高温带来极大的热压力，使简并压失去作用，从而在很短的时间内，失控的核聚变释放的高能超过了引力能，推动恒星体积急剧膨胀，最终以星云的形式遗漏在宇宙空间中。两颗处于演化末期的恒星如果碰撞，同样也会在聚合过程中重新激发这种失控的热核反应，最终如果超过钱德拉塞卡极限后引发爆炸现象。

地球上的铁是怎么来的？

在地球的圈层中，铁元素的含量是不一样的。在最上层的地壳中，铁元素的丰度排位第四，仅次于氧、硅、铝；地幔中的主要元素为氧、硅、铁、镁等，其中铁、镁的含量较地壳有明显的提升；而到达地核之后，主要成分变为了铁和镍，总质量达到了地球的三分之一。

由于地球不是恒星，内部的铁不可能是核聚变的最终产物。经过科学家们的研究表明，地球内核中的铁是在地球刚诞生之时就已经存在了，刚当时聚合形成太阳系中各类星体的物质，来源于上一代巨大质量恒星的超新星爆发，将核聚变的众多产物全部抛洒到这片区域，形成了星际物质浓度相对较高的星云空间。当时在太阳周围，这些物质在相互碰撞之下聚合形成行星雏形。

其中地球的前身就属于这些行星的雏形之一，再通过吸聚更多的星际物质逐渐形成了一个高温炙热的岩质行星，而铁元素由于原子量较大，在引力的作用下不断向地核沉积移动，最终演变成现在以铁元素为主的行星内核。

总结一下

铁元素由于比结合能最高，如果发生核聚变，所需要的能量要比释放的能量多，即使是大质量的恒星，也提供不了铁核聚变所需要的巨大能量，因此恒星的演化只能到铁元素为止，这时恒星由于失去了向外的辐射压，就会发生剧烈的坍缩现象，外层物质与中子化倾向的内核发生激烈碰撞，产生强烈的激发波，将恒星外层物质猛烈地喷出，引发超新量爆炸。而地球的组成物质是来源于上一任恒星爆发喷出物质的聚合，内部环境与恒星完全不同，其温度和压力难以支撑重核原子的核聚变，依靠内部致密岩层或者液体的支撑来抵抗向内的重力，因此无论是内部物质运动还是元素形状都非常稳定，不会发生继续坍缩或者爆炸的危险。

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为什么第26号铁元素会引爆超新星？地球上那么多铁会很危险吗？

铁对人类有多重要？

铁应该是与人类历史纠葛最深的元素了，从公元前4000年进入青铜时代开始，青铜这种易于冶炼和加工的金属为人类社会发展提供了极大的助力，但青铜硬度很高却也脆性太大，缺点显而易见！到公元前2500年时，铁器开始出现，此后技术的提升使得冶铁技术的提高，铁器开始替代青铜制造的农具和兵器，青铜开始退居酒器与祭器！

铁器时代的崛起是人类社会发展的幸事，现代几乎所有的工具中都是铁或者铁的合金，无论是大规模生产用的农具还是制造行业的工具以及设备，都少不了铁元素的存在，甚至我们可以这样定义铁，如果没有发现铁元素，那么也不会有现代社会，更不可能进入宇航时代！但这种对人类至关重要的铁元素却是恒星最毒的毒药，因为恒星中一旦演化的铁元素，等待它的只能在超新星爆发中终结一生！

为什么恒星发展到铁就会死？

恒星能保持大致球体的原因有两种，一种是引力坍缩致静力平衡，另一种是恒星内部产生的辐射压，所以恒星的呈现在宇宙中形态，就是一个高温的等离子球体，它会因为自转而略扁，但密度并不会比水高很多，比如太阳的平均密度只有水的1.4倍！

静力平衡

一个大于直径500千米的天体，会在静力平衡的状态下趋向于球体，比如地球，尽管有山脉和海洋，还两极的冰川，但地球上最高的山脉也不过8千米，和地球1.27万千米的直径相比，其实这个球体的精度还是很高的，不过因为自转，赤道部位的直径会略大。而处于等离子体的恒星明显要规则得多，比如太阳自转慢，赤道的直径之比两极大10千米，而太阳的直径则高达140万千米，所以这个精度让滚珠轴承中的钢球也自叹不如！

辐射压是怎么来的？

引力坍缩会让球体的密度逐渐增加，假如没有辐射压的话，越大的天体就是一个致密的天体，但很幸运，宇宙中最丰富的氢元素会在引力坍缩的高温下开始核聚变，其剧烈的能量释放在恒星内核会以辐射方式向表面传递，再透过对流到达表面，继而向宇宙空间以光辐射方式散发。

这个向表面传递的辐射会产生压力，对抗因引力中心坍缩的壳层，因此一颗处在主序星状态的恒星必然是辐射压和引力坍缩是平衡的，而且这种模式有一个极限，比如恒星质量太大，内核温度过高，那么辐射压过大的情况下，强烈的恒星风会让恒星丢失大量的物质，而阻止恒星进一步成长，这个质量大约是太阳的150倍，以英国物理学家爱丁顿爵士命名的光度极限。

超新星爆发

红矮星没有内核外没有辐射层，所以红矮星可以通过对流彻底燃烧整颗恒星的氢元素，所以它们寿命很长，从黄矮星开始的恒星都有一个辐射层，因此当恒星烧完内核的氢元素时，外壳大量的氢元素并不会来填补这个空白，而只有内核外侧的壳层氢元素填补，此时内核坍缩，温度增加，燃烧速度加快！

红巨星会在这个时代到来，内核的氢元素燃烧后的氦元素堆积，如果到了氦元素聚变的极限，氦元素在短时间内烧完，就成了氦闪！当然如果质量够大，那么这些氦元素在没有堆积的情况下就会继续燃烧，一直烧，一直烧，从氦元素烧到铁元素！

铁元素会继续烧吗？不能，从元素比结合能来看，铁元素就是峰值，简单的说就是从铁元素是最稳定的元素，如果要再合成新的元素，需要吸收能量！所以此时的恒星内核除了堆积铁元素就没有其他途径了，而外壳远远不断的产生铁元素，越来越多，在它超过钱德拉塞卡极限崩溃的那一刻，恒星的超新星爆发就产生了！

当然铁核坍缩只是超新星爆发的其中一个类型，也有不经历铁核超新星，比如Ia型号超新星爆发，或者超大质量恒星的超新星爆发，不过铁核坍缩超新星爆发应该是最多的。超新星爆发过程付出复杂，即使到现在仍然没有在超计算机中成功模拟出铁核坍缩的超新星爆发，但并不表示它不存在，宇宙中时时刻刻都有发生，而银河系中大约每100年就会发生一次。

超新星产生的能量极大，它能照亮整个星系，发出的能量大约是比太阳一生中释放的总能量还要多，据天文学家计算，一颗在100光年内爆发的超新星，将会对地球产生毁灭性的影响，不过幸好最近可能的超新星在160光年外，而且它最近并不打算爆发！另一颗最近可能爆发的参宿四远在640光年外！

铁是恒星的毒药，却是生命最初的源头！

我们知道铁元素在生理过程中非常重要，但我们今天要说的并不是铁对生命的作用，而是它导致的超新星爆发，因为超新星爆发是恒星生命的结束，却是行星很可能诞生的生命的引子！

超新星爆发尽管将可能毁灭很多生命，但它也可能在未来创造生命，因为铁元素促成的超新星爆发，将恒星一生中积攒的所有元素、包括在红巨星阶段因慢中子捕获和超新星阶段快中子捕获产生的重元素统统抛向宇宙，这些物质将在未来千百万年后因为引力重新坍缩成一颗个新的星系，我们所在的太阳系就是这么来的，太阳系暂时来说还是人类唯一的家园！

另外各位请放心，地球上的铁元素都很稳定，而且主要也是它不出工也不出力导致自身坍缩，从而整颗恒星开始坍缩而引爆超新星的，而地球是一颗行星，根本不具备超新星爆发的潜质，所以各位很安全哦！

星辰大海路上的种花家

在大质量恒星演化到生命的末期，当低原子序数的元素燃烧完时就会发生超新星爆发。那么地球上有那么多的铁，地球会不会很危险？其实大可不必担心，地球上的铁是不会引起超新星爆发的，至于为什么？我们得先从恒星演化说起。

前奏——一个太阳质量恒星的诞生

当原始气体云在引力作用下发生坍缩，在收缩过程中核心温度开始上升，当气体云坍缩到一定程度，核心温度达到10000K左右，氢氦等原子开始电离，当气体云进一步坍缩，核心温度进一步升高，达到约10000000K（1000万开尔文），核心电离出的氢核会发生核聚变反应结合成氦核并释放出大量辐射能量。

辐射出的能量产生高温热膨胀，阻止了气体云继续坍缩，核心温度和压力会达到一定不断平衡，核心的氢开始稳定地燃烧，中心辐射开始往外传播，使外层气体温度上升，当外层达到热平衡状态，开始以热辐射形式向外辐射，一颗发光发热的恒星正式诞生。

主序星阶段——恒星核聚变

对于一个太阳质量的恒星，当恒星燃烧完氢，由于引力坍缩产生的压力和温度未能直接点燃核心的氦，氦核会在核心堆积并在极大的压力下进入电子简并态，核心急剧收缩温度也急剧上升，在电子简并态的巨大压力和温度下部分氦终于被点燃，核心由于处于电子简并态，无法产生热膨胀，导致核心温度失控地升高使更多的氦剧烈燃烧，这就产生了氦闪，每错，那就是科幻电影《流浪地球》里地球要逃离太阳的原因。由于氦闪过于剧烈，会导致大量完成气体被从太阳表面抛出，同样会进入红巨星阶段，而在高温下，恒星核心终于脱离电子简并态并继续燃烧，直到氦全部烧完，恒星会再次进入以碳和氧为主的电子简并态，这个状态称为白矮星。我们熟悉的天狼星的伴星——天狼星B就是一颗白矮星。

对于一颗太阳质量的恒星，它是无法燃烧到核心产生铁的阶段的，但对于一颗大质量恒星，比如超过25倍太阳质量的恒星，由于引力坍缩产生的巨大压力，核心氦不会发生氦闪，而是在氢燃烧结束后，在核心收缩过程中就产生足够的温度点燃核心的氦。在燃烧完氦后也会直接过渡到碳、氖、氧、硅等元素的核聚变……

大质量恒星末期——超新星爆发

对于一颗质量大于10倍太阳质量演化到末期的恒星，其中心的铁核开始堆积，核心会原来越重，导致更激烈的燃烧，但当低序数的原子核核聚变结束，无法抵御坍缩，而核心铁核由于核聚变所需的温度超过了其核聚变后所能释放的温度，因此无法通过核聚变释放能量来抵御坍缩，恒星最终会向内坍缩，外层气体会以近乎自由落体向内跌落，最终撞在处于电子简并态的铁核上并被反弹出去，这类似于弹性碰撞，这些外层物质跌落有多快被弹飞就有躲开，最终恒星一一次超新星爆发炸开。

当剩余质量足够大，核心简并态铁核会坍缩到中子简并态甚至黑洞。

结语——让人放心的答案

你会发现恒星之所以最终发生超新星爆发，并不是因为铁爆炸了，而是由于铁不能爆炸，不能通过核聚变释放能量抵御坍缩，所以地球上的铁很安全，大家放心吧(^_^)。