宇宙的水是怎么来的（宇宙的造水之旅）

今天我们谈论一下水，水为什么如此重要?H₂O(它的分子式)不仅是孩子们在学校里记得的唯一的化学分子式，也是生命的母体。因此，通过了解什么是水以及宇宙中的第一滴水是怎么来的，你就能更好地了解你是由什么组成的。

什么是水？水的配方

让我们把一些水冻结成块冰，用我们最好的刀片开始切割。如果我们一直切，最终我们会得到一个由3个原子组成的簇(两个氢原子和一个氧原子)。这说明了什么?

水是一种化合物，但它对生命如此重要，以至于几个世纪以来，我们一直认为水是一种不可分割的元素。这意味着我们永远只讨论水分子而不讨论水原子。所以如果我们要从头开始制造水，我们需要一些原子(氢和氧)，而要制造原子，我们需要质子和电子。

所以如果我们要数，我们会看到氢原子有1个电子和1个质子，而氧原子有8个。但我们仅仅靠计算并不能解释为什么我们需要混合2个氢原子和1个氧原子才能得到水，或者为什么钠(11个质子)是一种活泼性软金属，而氯(17个质子)是一种腐蚀性气体。这是因为化学也是关于电子如何分布的。

事实上，电子绝对不是一个静态的实体，它们在原子核周围聚集在轨道区域，有点像蜜蜂在蜂巢周围。所以化学也是关于一个原子中所有可用的电子是如何分布在它所有的轨道上的。

原子内部没有引力，它的所有成分都是由静电力结合在一起的，在静电力中电子是负电粒子，质子是正电粒子。然而，电子可以从原子中剥离出来，当这种情况发生时，原子将带一个正电荷，因为它将暂时比电子拥有更多的质子，它也将被称为“离子”。这也是为什么原子中的质子数非常重要，并决定着它的性质。反过来，质子也不那么容易移动，如果你想把它们从原子核中挖出来，你需要很大的能量，最终你会把原子变成另外一种元素。

原子中还有另一种粒子，它的质量和质子差不多，但不带任何电荷，我们称之为中子。一般来说，较重的原子会有更多的中子，所以当我们在碳、氧和氮中中子和质子的比例几乎相同时，例如，铅中的中子相对于它的质子会多出40%。然而，有时即使是相同元素的原子也会有不同数量的中子，例如:

1. 氧气可以有7或8或9或10个中子和8个质子
2. 氢可以有0或1或2个中子，但通常99.99%的氢原子没有中子。当氢有中子时，它被称为重氢或氘。

这些化学常识可能你已经很清楚了，但是我们宇宙的造水造水之旅和这些密切相关。

宇宙的造水之旅

• 创世之初

宇宙中所有的物质都聚集在一个体积很小很小，质量密度无限高的一个点上。随后宇宙发生了大爆炸。今天，我们只看到一个曾经是宇宙火球的模糊而冰冷的遗迹。大爆炸后的百万分之一秒标志了时间和宇宙的诞生。有了它们，我们得到了1万亿摄氏度的温度的质子和电子的宇宙汤。为了让汤更辣，汤里还加入了中子和中微子，并在x射线汤里炖。然而，这个温度实在太高了，电子和质子无法相互牢牢地吸引，所以在一段时间内什么也没有发生。所以我们不得不等上100秒，温度才开始下降到30亿度左右，刚好足够让粒子之间发生更强的相互作用。例如，由于质子和中子之间的作用力非常强，它们立即开始结合，并开始形成较重的元素。在4000摄氏度时，质子可以与电子结合，开始形成氢原子。

• 制造原子

如果只是为了大爆炸，我们会有一个非常短的元素周期表，由非常小的元素列表组成。然而，在这片宇宙气体云中，有些区域的密度略大于其他区域。这种不均匀性造成了一个极小的引力，这个引力逐渐变得更强，并开始将物质凝聚成致密的团块，于是引力就诞生了。

随着时间的推移，引力变得越来越强，它的拉力导致物体再次升温，直到它开始燃烧。今天我们称这些火球为“星星”。这些是真正的创造引擎，宇宙中负责制造和转化元素的炼金术士。



事实上，在炽热的恒星中心，氢原子核与较重的元素融合，推动了一个称为核聚变地发生。然而,元素的质量不是整个氢的原子量的倍数,这是因为同位素的元素作为一个混合存在,还因为一小部分质量花释放巨大的能量,失踪的质量可以使用著名的计算公式:E = mc ^ 2。

在这个阶段，这颗恒星正在燃烧氦来为其原子制造活动提供燃料。所以原子核融合形成氧、碳等..，恒星的大小也决定了它的命运，事实上，大恒星以一种非凡的方式结束了它们的生命，伴随着一声巨响。在某个阶段，它们会变成超新星并爆炸。很明显，如此巨大的能量可以制造出更多的元素，比如钍和铀。

综上所述，大爆炸触发了元素的形成，形成的三种最常见的元素按丰度顺序排列:氦、氢气和氧气。

考虑到氦是一种宇宙孤独者，一种不活跃的元素，氢和氧这种宇宙中最受欢迎的活跃元素的结合产生了像水这样特别的东西。

所以水是两种不可思议的宇宙创造的结果:

• 制造氢汤的大爆炸
• 以及将氢转化成许多其他元素的恒星炼金术

地球上的水怎么来的

显然古希腊人知道这一点!他们猜测我们的星球起源于混沌。从词源上看，chaos意为“气体”。说到气体，今天我们知道我们星球的大气层在形成时是完全不同的。事实上，在生命起源前的地球上，我们有大量的气体，如氖、氩和氪，这些气体在化学上是无反应的，因此我们本以为它们会一直存在于我们的星球上。但是，我们必须考虑到，我们的星球表面上并不完全是一个免受撞击的地方。

事实上，很有可能我们星球上被大量的小天体撞击，其撞击可能造成了一场全球性的灾难。科学家们认为，地球甚至可能与火星大小的天体相撞。这次撞击和释放的巨大能量，大到足以把所有的大气层都烧光，让我们的星球在数百万年的时间里成为一个光秃秃的岩浆球。顺便说一下，这次撞击也可能削掉了我们星球的一大块，形成了月球。

45亿年前，我们的星球开始冷却，所有的元素开始凝结。显然，最重的元素倾向于下沉到行星的核心，而比较轻的元素形成了岩石外壳。岩浆还溶解了许多化合物，在一个称为脱气的过程中释放蒸汽。由于地球的重力场不够强，不足以保留一些比较轻的气体，像氢这样的轻元素散失到太空，即使在今天，我们的星球仍然在不断地失去水蒸汽和氢，但速度非常缓慢。

在上层大气中发生着光解的过程，在这个过程中来自太阳的紫外线把水分解成氧和氢。随着氢进入太空。自从我们的星球形成以来，由于光解作用，我们只损失了0.2%的水资源储备。

对我们的星球来说，现在是潮湿的时代，天空中有大量的水蒸汽。当地球的逐渐冷却，水蒸气凝结，我们的开始了一场持续降雨，让整个地球表面被海洋覆盖。圣经上说这一定是一场全球性的洪水。为生命的出现创造了条件。

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