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宇宙上的巖石如何形成的?
時間 : 2019-03-26 10:54 瀏覽量 : 32

宇宙中巖石,我們以地球這個大號巖石為例吧,首先,它的主要成分(包括地殼,地幔和地核的所有成分)是Fe 鐵,O 氧, Si 硅, Mg 鎂,還有少量的Ni, S, Ca, Al 以及其他元素。地殼以氧硅鋁鐵鈣等組成。

其中最顯著的是Fe,這個元素非常特殊,一般情況下只有質量很大的恒星才能通過核反應產生Fe,而且Fe之后,不能再通過聚變反應產生更重的金屬(因為Fe 之后的聚變是質量增加的,需要吸收能量而不是放出能量)。因而,Fe核的恒星會突然收縮,而后發成超新星爆炸。爆炸過程是個極端劇烈的過程,這個過程中能量大量釋放,使得比鐵重的元素被合成出來。同時,超新星爆炸把Fe 以及其他金屬,特別是重的金屬元素,比如放射性元素發射到星際空間。爆炸物一開始以近光速飛行,彌散范圍可達幾十光年。

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宇宙由于原初大爆炸的核反應,主要成分是71%的氫H,27%的氦He,少量的鋰Li,這些元素是宇宙普遍的物質組分。只有被超新星爆炸的殘骸污染的星云才會存在少量的金屬元素(宇宙學中H和He之外的元素都叫金屬),這些元素是宇宙巖石的前身。

但是這時候宇宙中巖石都是非常小的微粒。但是隨著星云的擾動,星云會由于自引力坍縮,最終最致密的部分形成原始恒星,周邊偏遠的巖石和H, He 氣體被吸積,形成原始行星盤。(它們的角動量阻止了繼續向太陽墜落)

留在地球附近的巖石就逐步積累,慢慢的和周圍的物質繞著原始恒星旋轉。在軌道上,逐步的出現幾個比較大的巖石,他們慢慢積聚周邊的物質。一方面,原始行星盤的物質會受到太陽的引力而落入,另一方面,物質同樣受到輻射壓而遠離,最終物質在幾個穩定的平衡點積聚,產生原始行星核。

原始恒星的輻射,使得H 和He 很難在離恒星近的地方冷卻且聚集,H和He的沸點都是在很低的溫度,所以它們在太陽附近很難形成穩定的行星核。它們必須在離太陽足夠遠的地方才能形成行星。而鐵等高熔點金屬,更容易在太陽附近變成固體且穩定增長,成為原始行星核。

同時,原始恒星也在不斷地發射高能粒子,產生巨大的輻射壓(恒星風),恒星風直接吹走了周邊所有的氣體。同時由于太陽系主要成分還是氫氣和氦氣,所以類木行星獲得了很多的材料,體積和質量成長迅速。而內部的類地行星都很小。

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在這個過程中,巖石會經歷無數次碰撞,從松散的,稀疏的結構逐步被打磨,擠壓,最終形成了穩定的,致密的巖石結構。其中很多撞擊到了原初行星,衛星的表面,成為一個個隕石坑。

然而,行星內的巖石卻經歷了漫長的演化,行星內部的自引力和放射性元素的熱量,直接融化了內部的巖石形成地幔。地殼運動不斷地把內部的巖漿用火山噴出變成巖石,而狂風,水流變化也不斷的腐蝕表面的巖石,這個過程涉及到極為復雜的化學變化。在生命誕生后,動植物對地面巖石的破壞也是不容忽視的。

相比較而言,金星和火星這兩個星球的表面巖石變化就小很多。至于月球,更是保留著古老的巖石樣貌。

而太陽遠處的彗星,甚至柯伊伯帶,奧爾特云內的物體,從太陽系開始就保留了最初的面貌。它們是一塊塊冰冷的記錄。記載著太陽系最年輕時候的往事。

不僅僅太陽系內的巖石,宇宙中其他地方的巖石,比如被超新星以近光速噴出的星云,成為了宇宙中最漂亮的一朵朵焰火;恒星演化最終形成的碳星,是宇宙中最美麗最純潔的大號鉆石。而那些在星際之中沉默的冰塊和匆匆穿行的彗星,冷漠的外表之下都有著漫長的故事。


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