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中正化學諮詢月刊 九十年九月三十一日 歡迎投稿,來稿請以電子郵件寄至chewph@ccunix.ccu.edu.tw
內容:
過去這個月世界上發生了許多重大的事件,最主要的當然是美國東部在九月十一日遭受到前所未有的恐怖攻擊,重創了紐約市及華府。我們首先要在此對罹難者之親友表示最深的哀悼之意,並對此恐怖暴力事件給予最嚴厲的譴責。 美英等國與阿富汗之間已在十月初開戰,這可能將對整個世界的政經情勢有深遠的影響。我們希望戰事不要大幅擴大,並避免一般民眾生命財產的損失。 我們並希望此次全球打擊恐怖主義的行動能夠有具體、長遠的成效。 九十年度第一學期已經開始了一個月,許多教學上碰到的奇特現象又常被大家提出來討論。比如說,現在有不少學生不願意買課本,問他們原因常是太貴了、忘了買、影印就好、每次重修都用不同的課本所以不想買。上課吃早餐、睡覺、手機鈴聲大作等現象不勝枚舉。老師、學校固然可以訂出規則來加以規範,但這些大學生對老師及知識的尊重程度令人心寒。在必修課中老師交代的練習與作業能主動用心的去做的大概只剩下一兩成的同學。面對這種情況大學老師到底應該像小學老師一樣緊迫盯人、嚴格要求呢？還是要保留傳統大學『自由』學風,讓學生願者上鉤呢？ 本期當中我們將化學元素的起源全文刊載完畢,希望由此可以讓大家了解到以我們所構成的原子而言,我們是從何而來的。我們也提供了一篇關於喜馬拉雅山區地震隱憂的報導。今年的諾貝爾獎在上週陸續揭曉了。我們也將會在最近為您提供進一步的報導。
化學元素的起源 (三) 國立中正大學化學系 胡維平 地球上一切生物所需的能量都是直接或間接的來自太陽。然而太陽的能量又從何而來呢？在二十世紀以前，這一直是個令科學界感到非常困惑的謎題。現在我們知道太陽以及所有的恆星主要的能量是來自內部的核融合反應。當一個質量大於0.08倍太陽質量的星體，由於重力收縮使得核心的溫度達到一千萬度以上時，核融合反應開始發生，將四個氫原子核融合成一個氦原子核並放出非常大量的能量。這種能量釋放與恆星本身的重力作用達成平衡狀態，使得恆星在一段長久的時間內能穩定的存在、發光。 雖然核融合反應能很有效率的產生能量，核融合的原料-氫原子核總有用盡的時候。對小於0.5倍太陽質量的恆星而言，生命可以說到此為止，核融合所型成的氦核心從此逐漸黯淡冷卻。然而，質量較大的恆星在重力持續收縮下，核心的溫度可達到一億度以上；此時，三個氦原子核可融合成一個碳原子核。同時，由於恆星的外層仍然含有未經融合的氫原子，在重力收縮的過程中也使得外層的溫度升高到足以進行氫的融合反應。若星球的核心在氦即將燃燒完之前仍有三倍以上的太陽質量，核心可以在進一步壓縮後在六億度以上的高溫下開始將碳融合成氧、鎂等原子核。此時，在核心的外層，氦的融合反應也開始在進行，而更外層則依然有氫的融合反應。此種階段性的層狀核融合反應在質量很大的星球內持續的進行，每一階段都需要更高的溫度與密度，並也產生更多種複雜的化學元素。
然而，就算在質量再大星球內，這種核融合反應也不會無窮盡的進行下去；這是因為每一個階段核融合所能持續的時間愈來愈短，所放出的總熱量也愈來愈少； 以上所描述的是宇宙中各種元素生成的一個大略的過程，至於詳細的流程仍有不少爭論以及值得探討的地方；比如說前不久有科學家提出金元素的形成可能與非常罕見的中子星相撞有關。我們的太陽系除了氫與氦外含有豐富的各種重元素，使得太陽系能夠有如地球般的固體行星存在，並且包含了生命所必須的碳、氧、氮、硫等元素。也就是說除了宇宙型成時的基本元素之外，我們的太陽系乃至於我們地球上的生命都是由過去超新星爆炸後之灰燼所建構起來的，個人的生命與宇宙、恆星的演化關係之密切值得我們深思玩味。 （全文完）
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到了形成鐵元素（原子序26，原子量56）後，核融合已經不再是放熱反應，因而無法阻止星球進一步的重力崩塌。在鐵核心高速崩塌壓縮的過程中，許多電子被迫與原子核內的質子結合而形成中子，同時向外放出大量的微中子。1014倍時，一種僅能由量子力學所描述的巨大中子簡併壓力突然開始發生作用，而阻止核心進一步的收縮。但這種瞬間核心崩塌的停止產生了強大的反彈震波，當這震波與恆星外層物質相撞時，產生了極大能量釋放，許多新的核融合反應也在這過程中發生。一般相信大部份比鐵重的元素就是在此時產生的。這強大的反彈震波常會將恆星外層整個炸掉，這就是所謂的超新星爆炸。由於超新星爆炸所釋放的能量極為巨大，有時超新星爆炸時的亮度甚至會超過整個星系數十億顆恆星亮度的總合。而經過這一系列核融合反應所生成的元素有一大部分也隨著超新星的爆炸而散佈到宇宙中。超新星爆炸後的中子核心的質量若小於約3倍的太陽質量，核心將成為一個穩定的中子星，但其質量若大於3倍的太陽質量，此時連中子簡併壓力也無法抵抗重力的壓縮，核心將進一步塌陷形成一個黑洞。
。Bilham等人依據以往地震的死亡人數以及今日的人口數估計,可能有200,000的人會在單一大地震中死亡。但是如果地震發生在靠近恆河平原的大城市,死亡的人數可能會有這個數字的十倍。此區域包含了喜馬拉雅山南方及東南方300公里,居住人口超過4千萬人。他們大部分是居住在孟加拉共和國，不丹，印度，尼泊爾和巴基斯坦等國的首都。此處若發生地震災難將會遠比去年一月在印度西北方的Bhuj所發生造成19,000人民死亡的地震來得嚴重。在Bhuj的地震中我們看到為減少地震損失所訂立的建築法規並無法有效的減少災害。印度的其它城市內的建築在抵擋地震上恐怕也好不到那去。
