宇宙中拥有高达75%的氢元素丰度,氢元素是怎么来的?

氢元素和氦元素是宇宙中丰度最高的两种元素,其他元素占比不到1%,其中氢元素就占了大约75%;按照宇宙大爆炸理论的说法,宇宙中的氢元素和氦元素,是大爆炸开始10秒后大量形成的。

太阳有45.7亿年的历史,在这期间,太阳中的氢元素进行核聚变反应,生成了氦元素,并释放大量能量;目前太阳的元素中,氢元素质量大约是71%,氦元素质量大约是27%,其他元素大约2%。

既然我们宇宙中,有如此多的氢元素,那么这些氢元素是怎么来的呢?

目前,宇宙大爆炸理论对宇宙元素丰度的预言,和实际观测情况高度吻合,使得宇宙元素丰度成为宇宙大爆炸理论的重要证据之一。

根据宇宙大爆炸理论的观点,138亿年前,我们宇宙从一个半径无穷小的奇点开始暴涨,起初的温度高达10^32度(普朗克温度)数量级,然后宇宙温度随着宇宙膨胀逐渐降低。

在大爆炸后大约10秒,温度降至30亿度,此时核力可以束缚质子和中子,于是质子和中子结合成稳定的氦元素,而大量的自由质子,则极易和自由电子结合成氢元素(氕),于是宇宙中形成了大量的氢元素和氦元素,虽然经过138亿年的时间,大量氢元素在恒星中燃烧成了氦元素,但我们宇宙中的氢元素还是比氦元素高出很多。

而在我们地球上,氢元素含量只有0.75%,这是因为地球属于固体星球,地球的引力难以束缚住氢元素和氦元素,在地球大气层外层,每天都有大量的氢元素和氦元素逃逸到宇宙空间中;对于像木星这样的气态行星,就拥有高达75%的氢元素,以及大约25%的氦元素组成。