地球上的元素分布情况

当我们环顾周遭，就会发现周围有各种各样的元素，在地球上大约有90种左右的元素。氢确实很丰富，但不占主导地位，尤其是从质量上看，氢的比例很小。我们呼吸的空气主要是由氮气和氧气组成；地球上的海洋质量只有11%的氢（因为每个氧原子的质量是每个氢的16倍）；从岩石到泥土再到植物和动物，有生命的和无生命的固体物质都含有大量的氢，但是在数量上钠、氧、硅、铝和许多其他元素远远超过了氢的含量。

如果我们深入地球内部，轻元素会更少。当然，我们可以在地下空间中找到更多的氦储备，但这些氦储存库是由数十亿年来超重元素的放射性衰变产生的。地球内部也有少量的氢，但越往深处，就会得到越来越重的元素：像铁、镍和钴这样的金属，以及超出元素周期表稳定极限的元素。

这是因为随着我们越往深处走，地球的各个层会变得越来越密集。这不仅仅是由于重力的收缩和压缩，还有较重的元素会沉到底部。

最后一点非常重要，所以我要再说一遍：当地球非常年轻的时候，存在着各种各样的元素，但较重的元素会沉到底部，较轻的元素“浮”在顶部，就像密度较小的液体浮在密度较大的液体上面一样。

所以当我们看地球时，我们实际上看到的是地球表面优先呈现的最轻的元素；但地球上拥有的大部分是更重的元素。所以说到氢和氦，地球的储量真的很少。

恒星上的元素比例

现在，我们看一下太阳和恒星。在太阳光谱中，我们可以看到有各种各样的吸收线，其代表了地球上所有的元素，还有一些根本不是自然形成的。

但有一件事非常突出：氢和氦的吸收特性非常强。如果我们了解了恒星是如何运作的，以及温度、电离和元素丰度之间的关系，我们就会发现，太阳是由大约70%的氢、28%的氦和大约1- 2%的“其他”物质组成的。

然而地球是99%以上的“其他物质”组成的！为什么会这样呢？为了理解这个问题，让我们回到太阳系的诞生之地：恒星形成星云。星云是由气体组成的分子云，主要是氢气、大量氦气和少量其他物质，在自身重力的作用下开始坍缩。

岩石行星上的轻元素都去哪了？

在形成恒星的最初阶段，引力是唯一重要的因素。气体云不可避免地塌缩成团块，这些团块在某些地方会变得越来越密集，密度过大的气体则会吸引越来越多的物质。由于引力坍缩相对较快，而且这些气体云没有有效的方式将能量辐射出去，所以坍缩会导致团块的内部升温。不久，核心的氢达到了足够的温度和密度，于是就开始了核聚变。

这些新生的恒星有很多种不同的颜色、温度和质量。但它们有一个共同之处，那就是它们不是孤立形成的，而是与周围其他更小的物质“团块”一起形成。其中那些最大的物质团块，以及那些最开始在质量上领先的行星，最终会成长为岩石行星、气体巨星，或者在最极端的情况下，成长为其他恒星。这就是有些恒星系统中存在双星，甚至是三星的情况。

与此同时，系统中母恒星释放出的能量被抛向太阳系中所有与之能发生相互作用的物体。这包括太阳风、离子、电子，当然还有光子。问题是，这些高能粒子会遇到什么？

对于这些能量遇到的每一颗行星或小行星，它们都在撞向行星最外层、最轻的元素，因为这些元素“漂浮”在最重的元素之上，而最重的元素大多都向中心下沉。想一下如果你跑过去用尽全力踢一个足球会发生什么，而如果你用尽全力踢一个保龄球会发生什么？不用考虑脚是否受得了，想想球！足球将会得到一个非常快的速度，飞得又快又远，而保龄球几乎是原地不动。

为什么？因为当我们给不同质量的物体相同的能量时，较轻的物体会获得更快的速度。

气体的逃逸取决于行星的质量和温度，以及气体的质量。图中“在”行星上方的每一种元素都会逃逸，这就是为什么没有一个岩石世界有氢/氦大气，但所有四颗气态巨行星都有这两种轻元素。

在几乎所有的星球上，太阳风足以将几乎所有的氢和氦驱逐到星际空间中！恒星释放出的能量足以给这些轻原子足够的速度，使它们达到行星逃逸速度，并不再受行星的引力束缚。

只有气体巨行星（大约是地球质量的两倍或更多）才有足够的引力来维系氢/氦的大气层。因此星球越庞大，它能捕获的氢/氦就越“厚”！因此我们认为这些气态巨行星应该有一个密度大、充满重元素的固态内核，但只有在穿过以氢为主的大气层后才会发现它。

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