2019-09-20 00:44:57 超弦科技

在宇宙形成的初期，那是離我們十分遙遠的時代，宇宙中只存在氫和氦這兩種基本原子核，它們成為了構成宇宙的基本物質。如今排在元素週期表中第三的鋰僅僅才佔有百億分之一的含量，但現在我們的地球上有90多種自然元素，這些元素都是從何而來的呢？

元素週期表中有90多種自然元素

發現超新星

很多人都聽說過超新星這類星體，它是大質量恆星死亡之前經歷的一種狀態。它是天空中亮度最高的星，有的亮度瞬間能夠增大100億倍以上，即使用我們的肉眼也可以觀察到它。每年全世界的望遠鏡能夠觀察到數十次超新星的爆發，但是大部分爆發由於位置距離我們太過遙遠，我們只能夠觀察到，但是無法對它的細節進行深入研究。

在過去的1000年裡，人們分別在1006年、1054年、1572年和1604年用肉眼多次看到了超新星的爆發。1987年2月23日，加拿大年輕的天文學家希爾頓僅僅用25釐米口徑的天體照相儀就看到了大麥哲倫星雲裡出現的一顆新星。這顆新星最開始的光度是太陽的一億倍，隨著時間的推移，它的光度逐漸減弱，直到500天后才慢慢消失不見。

SN1987A超新星

這顆SN1987A超新星是1604年以來，在距離銀河系17萬光年的大麥哲倫星雲內最為明亮的一顆超新星。也是科學家們第一次有機會細緻瞭解並追蹤超新星的演化過程，讓我們終於認識到了恆星隕落的地方也正是重原子誕生的地方。對它的研究起到了分析恆星演化研究的重要意義。另一方面，因為檢測到了24箇中微子事例而開啟了太陽系外中微子天文學的大門。

製造各種元素的"工廠"

在40多年前，天體物理學家們一致認為現在大部分元素都是由恆星內部核反應的鏈式反應逐級產生的。但是後來經過研究發現，在恆星內部由聚變合成的核反應能生成最重的就是鐵原子核。更重的原子核產生需要在更為複雜的情況下發生，一般是在質量很大的恆星即將死亡時，它的爆炸會迸發出更高的能量引發進一步的核反應。

能夠產生比鐵原子核更重原子核的恆星，一般是比太陽質量大10倍以上的恆星。它在瀕臨死亡時會演變成為一顆超新星。由於它內部的燃料耗盡，聚變反應帶來由內向外的斥力減小，恆星巨大的引力向內衝壓使星體內的溫度上升到6億℃。這個超高溫的內核就是產生重元素的"工廠"。

由碳原子核變成鐵原子核的過程

對於類似於太陽質量的星體，它的聚變反應會將氫變成氦，然後會生成碳，直到它死亡變成了白矮星，也不會再生成更重的原子核了。但是比太陽更大的星體就不一樣了，由於它最終的壓縮會產生更高的溫度，能夠使碳更進一步的參與聚變反應而生成更重的原子核，如氖（Ne）、氧（O）、鎂（Mg）、硅（Si）等。最終，會有鐵原子核生成。

重原子核的產生

不管是重原子核的裂變，還是較輕原子核的聚變，最終都會趨於生成鐵原子核。因此，鐵是最穩定的元素。當恆星內部聚變出比鐵輕的核則會釋放一些能量，當聚變出比鐵重的核則要倒貼能量。當能量消耗到最後一刻時，引力遠遠大於斥力，使恆星的核在一秒內的時間裡坍縮掉。恆星沉重的地幔砸向內核，使內核被巨大的能量擠壓著，正是由於這最終內向爆炸所產生的額外衝擊能量把恆星內部的鐵元素變成了各式各樣的重元素。這時，這個星體就生成了提供給其他星體形成的重元素。現在，科學家們已經明確了各種重原子在極高溫度環境下產生的化學反應過程。這些比鐵重的重元素大多數都來自於中子星-中子星合併時的中子核反應，只有一小部分來源於超新星的爆發。

恆星會產生多種原子核

事情到這裡並沒有完全結束，這個星體還要為其他星體的新生再提供一些幫助，將自己最後的一絲能量發揮出來。由於內核受到了極強的壓力擠壓，導致星體內部會產生一個由內向外的反彈，這次反彈所帶來的衝擊波將最外層已經生成好的重元素打成碎片，並拋到了太空之中。這個星體在太空中會留下一個比原來體積小很多的核，這個核就是我們常說的中子星。而質量特別大的恆星由於引力更加強大會進一步的坍縮，形成黑洞。

恆星與我們

那些被衝擊波拋入太空中的元素碎片就是包含著各種不同的原子核，正是這些宇宙塵埃或者顆粒才提供了形成新天體的原材料。當然，我們的地球也不例外，經天體物理學家研究表明，在46億年前，一顆或者兩顆超新星爆炸所產生的塵粒由於引力相互吸引，最終聚集在一起形成了我們的地球。這些塵粒的成分提供了我們地球上幾乎所有輕重元素。我們生活中隨處可見的工具和生活用品，都有著這些重元素的影子。