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鐵元素以上的重元素，理論表明，是為在學術上被稱為中子俘獲過程的相互作用產生的。

鐵元素聚變在恆星核聚變的整個週期裡，是一個重要的分水嶺——對於大質量恆星而言，在聚變出鐵元素時，事實上已經踏上不歸路了。

這類恆星會在鐵核的坍縮下進一步釋放巨大的重力勢能和核能，把整個恆星體炸的粉碎，即超新星爆炸。

鐵核為何如此特殊，成為恆星的殺手鐧？

鐵核之所以如此特殊，關鍵在於它很高的比結合能。

穩定的鐵核在試圖進一步聚變時，吸收的能量大於聚變釋放的能量，巨大的恆星外殼沒了聚變輻射壓的抵抗，在引力的作用下向中心快速落下，鐵核被整個外層恆星體擠壓拍碎，瞬間釋放落下的巨大重力勢能，恆星由此被炸的粉碎。

產生比鐵元素還重的重元素的中子俘獲過程是什麼？

在恆星中心，壓強極大，溫度高達數千萬攝氏度，氫核以極高的速度到處碰撞。但即便如此，如此巨大的動能在克服氫核（質子）之間的庫侖力進行核聚變仍有困難。

但微觀粒子的行為在細微的時空結構下具有的量子隧穿效應，使得質子在突破庫倫壁壘進行核聚變時，變成了一種概率行為，大量的碰撞使得聚變成為了可能。

庫侖力使得聚變變得困難，但量子隧穿效應使得聚變又成為可能。

在超新星爆發的過程中，會釋放大量的中子，中子不帶電，這是我們中學課本里就知道的，因此中子之間也不會有庫侖力。這樣一來，核子在結合中子時就變得容易多了，於是就能俘獲大量的爆發產生的中子，使得整個核子（鐵原子核）的核子數增大。

這樣的核子並不穩定，為了保持穩定，核子會發生弱相互作用，進行β衰變，所謂的β衰變，可以理解為中子變成質子的過程，這樣一來，質子數增多了。

不同元素之間的不同之處就在於質子數的不同，在增大的質子數後，鐵原子核及其以下的原子核就能變成鐵元素以上的元素，這就是重元素的來源。

科學新視野

恆星是宇宙中的元素製造者，可以製造元素週期表上氫元素以外的絕大多數元素，但是恆星都害怕製造鐵元素，因為一旦開始製造鐵元素，就意味著這顆恆星將立即走向死亡。

恆星內部的核聚變基本都是從氫元素開始的，一般氫元素聚變到氦元素經歷的時間最長，比如我們的太陽，在100億年左右的時間中，進行的都只是氫元素到氦元素的聚變，當氦元素開始聚變的時候會發生氦閃，並在一瞬間釋放巨大的能量，之後太陽將進入紅巨星階段，其壽命將剩下不到一億年，在這一億年中，太陽內部的元素將聚變到碳、氮、氧等的階段，並不會聚變到鐵元素的級別上，因為太陽的質量還太小，內部的高溫高壓無法達到聚變成鐵元素的條件。

一般認為原始質量在太陽的8倍左右的恆星，進入到紅巨星階段的時候，內部的高溫高壓條件才可以聚變成鐵元素，然而到了聚變成鐵元素這個層次上的時候，聚變的過程已經不再釋放能量，而是開始吸收能量，也就是說鐵元素的聚變合成是吸收能量的，那麼當鐵元素在恆星內部形成的時候，內部向外的輻射擴張壓將消失，整個星體在引力作用下迅速向中心集中，將恆星的內核擠壓成中子星，接著巨量的物質再反彈出去，體現為整個星體的超新星爆發，這也意味著恆星的主序星階段結束了，所以超新星爆發又被叫做恆星的死亡，而鐵元素的創造又被稱之為恆星殺手。

在超新星爆發這一過程中，整個恆星將發出超過其一生核聚變釋放能量上百倍的能量，這種能量遠比恆星平時的核聚變能量高得多，所以在這一過程中，不但會有鐵元素會創造出來的，還會有鐵以上的很多種元素被創造出來，不過這些元素在被創造的時候都是吸收能量的，而且被創造的過程非常快，就在超新星爆發的一瞬間，元素週期表上鐵元素以上的大多數元素就都被創造出來了。

宇宙中還有一種方式可以創造鐵以上的元素，那就是中子星碰撞了，中子星碰撞的時刻產生的能量比超新星爆發還要大，溫度要高一倍，元素週期表上大多數的重元素都可以被創造出來，比如黃金，一般認為中子星碰撞時創造的更多。

我們地球上有形形色色的物質，它們都是由各種元素組成的，這些都是恆星的創造，包括我們的身體，實際上都是來自於恆星創造的物質，也可以說包括我們每個人在內，都是由恆星物質組成的。

人類的方向

比鐵元素，嚴格說是Fe-56更重的元素是在恆星晚年發生大爆炸之中產生的。

由於鐵元素繼續聚變下去，首先要吸收大量的能量，才能完成聚變反應這種反應會使得恆星內部入不敷出，大量的能量被吸收後，恆星將無法抵擋巨大的引力坍縮。於是恆星物質砸向核心，引發了大爆炸。

在巨大勢能的驅動下，恆星物質可以以接近光速的速度撞向核心的鐵核，這種巨大的勢能使得恆星發生爆炸，恆星內部物質也會以同樣額速度向四周飛去。這一過程稱作“鐵芯災變”，從外界看來，就是我們通常說的超新星爆炸。

鐵芯災變的過程，會使得鐵元素獲得大量的能量，於是在這一過程中鐵元素可以繼續聚變下去，於是生成了鈷、鎳、銅、鉑、銀、金等重元素，一直到鈾。

舉個例子：Fe-56的聚變反應：(Fe-56)+n→(Fe-57)+γ，(Fe-57)+n→(Fe-58)+γ，(Fe-58)+n→(Fe-59)+γ，這些核素通過β-衰變，分別轉化成Co-57、Co-58、Co-59，在經過中子俘獲和（或）β-衰變生成Ni、Cu 等更重的元素。

寒蕭99

當恆星核聚變到元素週期表上鐵元素就停止了，那麼鐵元素以上那些元素是如何誕生的？

關於元素的來歷，教科書上告訴我們宇宙大爆炸產生了氫、氦和微量鋰元素，恆星核聚變將誕生從氦到鐵之間的大部分元素，鐵以後的元素是怎麼來的？一般只會交代一句是從超新星爆發中誕生的，但問題是它們怎麼就從超新星中誕生了呢？

恆星上的元素是怎麼發現的？

也許我們得從牛頓的分光實驗開始說起，聽說牛頓是為了躲避瘟疫回到家鄉烏爾斯索普，結果在那裡不但發現了萬有引力，還通過三稜鏡將太陽光分解成了七色，不過牛頓並未在這個問題上過多糾結！

1802年英國物理學家沃拉斯頓在牛頓分光實驗的三稜鏡前加入了狹縫，取得了一幅帶暗線的連續光譜，沃拉斯頓並不太明白這有什麼含義，因此並未被重視。

1814年德國光學專家夫琅和費製成了第一臺分光鏡，發現了明線光譜。

1858年秋到1859年夏，德國化學家本生髮明一種煤氣燈，將各種金屬放在燈上燃燒，發現了明線光譜的差異，從而發明了光譜分析化學元素的方法。

到十九世紀末天文學家已經發現了太陽光中的元素光譜包括氫、氦、氮、碳、氧、鐵、鎂、硅、鈣、鈉等幾十種元素！但當時並不清楚這些元素是怎麼來的，只是很奇怪太陽上怎麼也會有和地球上很多類似的元素呢？

恆星元素從氦到鐵的過程

要理解恆星的元素聚變過程，也許我們要從發現太陽開始說起，太陽上的元素是怎麼來的還跟史瓦希有關，因為是他根據溫度以及密度和壓力一起計算後認為太陽這種等離子天體可能是輻射為內核與外殼傳遞能量的方式！

1920愛丁頓提出太陽的能量可能來自於氫聚變成氦產生能量，並且認為這個過程可能會產生更重的元素，因此愛丁頓在1926年根據理想氣體為基礎，以太陽氫元素為主的模型計算出太陽內核的溫度可能為1900萬度左右。

1928年伽莫夫根據太陽內核的溫度推導出氕氕聚變成氘的條件，原本愛丁頓計算的太陽溫度並不足以引起氕氕聚變，但伽莫夫解決了質子如何穿透庫倫壁壘完成聚變的量子力學公式。

1939年漢斯貝特則發現了質子-質子反應鏈以及碳氮氧循環是太陽上兩種能量來源，而在太陽這個規模上，質子鏈反應佔主要地位，而碳氮氧循環則比例比較小。

到此為止元素的聚變環節已經通了，恆星和太陽原理一樣，唯一不同的就是質量！我們接下來說說這些元素聚變的過程！假如一顆恆星質量足夠，那麼它能將從氕開始一路到鎳56：

氕→氘→氦-4 → 鈹-8 → 碳-12 → 氧-16 → 氖-20 → 鎂-24 → 硅–28 → 硫–32 → 氬–36 → 鈣–40 → 鈦–44 → 鉻–48 → 鐵–52 → 鎳–56

很多人以為只到鐵，其實也沒錯，因為鎳-56會經電子捕獲而衰變成鈷-56，最終衰變成鐵-56，因此說聚變到鐵就停止了其實沒啥大毛病，鎳-56的衰變過程：

鎳-56的半衰期為6.02天,以β+衰變成為鈷-56（半衰期77.3天）最終衰變為鐵-56

但更準確的說，恆星內部聚變到鐵並不準確，因為這個半衰期完成前，恆星早已超新星爆發！

鐵以後的元素是怎麼誕生的？

相信很多朋友都已經接受重元素在超新星爆發和中子星合併過程中誕生，但其實在這兩個過程之前，重元素早已偷偷的在產生了，而這個過程就是慢中子捕獲和快中子捕獲！

• 慢中子捕獲

我們先把中子捕獲這個事情搞明白，這是輕原子核向重原子核轉變的一個重要步驟，它主要發生在紅巨星內部，輕原子核可能會捕獲多箇中子，但中子多了會不穩定，通過β衰變釋放出一個電子和一個反中微子變成質子，成為質子數+1新的重元素，當然過程並不如這樣輕描淡寫，但基本原理就是如此！慢中子捕獲很難發生，但在紅巨星龐大體積的內部產生的總量卻不容小覷，據估計恆星內部大約有一半重元素由慢中子捕獲產生！

• 快中子捕獲

快中子捕獲其實和慢中子捕獲原理是一致的，所不同的就是快中捕獲需要鐵原子核為基底，而這個過程伴隨著超新星爆發時內部的超強中子流快速完成捕獲過程，超新星後中子流結束，快中子捕獲過程也將結束，儘管時間很短，但它合成了另一半重元素。

• 中子星合併

其實這是另一個版本的快中子捕獲，或者中子星或者的β衰變產生，因為中子星物質衰變是從大量中子聚合體的衰變，因此產生重元素的概率極高，因此天文學家認為重元素、特別是金元素等貴金屬元素都是從中子星合併中產生。比如2017年的探測到引力波的兩顆中子星合併，天文學家認為產生了數個地球質量的黃金，但很可惜我們夠不著！

元素的來歷就這幾種，當然高能加速器中也能製造新元素，不過成本極高而效率卻極差，僅僅只能做研究沒有實用價值，因此基本上我們人類根本不能替代恆星自己製造元素，即使未來核聚變實現也不行！

星辰大海路上的種花家

鐵元素是一種非常神秘的元素，它需要極為巨大的能量和溫度才會發生核聚變，因此鐵元素的核聚變反應是非常特殊，當然對於普通的恆星來說，更不可能完成將鐵進行核聚變的能力！那麼比鐵更重的元素來自於哪裡呢？

首先我們知道，太陽是一個巨大的核熔爐，它是一個等離子氫氣球，很多都把太陽比作為大火球，認為燃燒著熊熊的火焰，實際上太陽是在燃燒，當時燃燒的是氫。太陽是一個巨大的洋蔥，如果將太陽剝開，你會發現它一層一層的，在最上邊的元素是氫，最下面的元素則是鐵。那麼地球上的金銀銅都是如何來的呢？

實際上這源自於一種名為恆星末期的演化，也就是超新星爆發。超新星爆發是非常恐怖的宇宙現象，在幾秒內釋放的能量，是太陽的千億倍，因此具有著極為強大的破壞性。那麼超新星是如何形成的呢？

我們知道像是太陽這類的恆星，由於它的質量因素，它在膨脹之後，無法鎖定表面的大氣層，因此這些大氣層會被吹散到太空中，而太陽也會變為一顆緻密的天體，它就是白矮星。但是太陽只有一顆非常普通的恆星，在我們所處的銀河系中，恆星的數量多達4000億顆，這是一個無比龐大的數量。

在一些超大質量的恆星，由於大量的鐵在內部堆積，導致體積變得無比的巨大，由於質量過於的龐大，它的外層不會被自身的太陽風吹散，因此引力會將它進行壓縮，在這一過程中，隨著體積越來越大，來自核心的壓力和溫度也會越來越高，這一過程中，大量的鐵會會被壓縮在一個之謎的核心中，雖然壓力越來越強，最終恆星的外殼會被引爆。

這種引爆來自於星核的內部，當星核再也無法承受這種強大的壓力後，它就會變得極為的不穩定而形成導火索，最終將恆星由內而外進行點燃，最終造就超新星爆發，在超新星爆發的過程中，恆星之內的核心會被留下來，而它外層大量的元素，例如氫、氦、氧、氮、氖等元素會在超高溫的作用下形成更重的金屬元素，這些金屬元素其中就包括了金、鉑、鉛等更重的元素。隨著宇宙的膨脹，這些元素散落到宇宙的各地，最終形成了今天的世界。

第二種說法

這些比鐵更重的元素來自於名為中子星的神秘天體，大家有疑問，中子星無論是質量還是重力和引力都是十分恐怖的，任何物質都無法逃逸，因此這些物質不可能逃逸中子星。但是當中子星在吞噬周圍的伴星時，以及和另一箇中子星發生碰撞的時候，這種能量就會釋放，這種現象名為：中子星爆發。一種比超新星還要可怕的現象，不過並不常見，並不是每顆恆星系都能出現兩顆中子星這種神秘天體的！

首先中子星在和中子星相互碰撞時，本身它內部的構造就是由鐵重的元素組成，因此這些物質在碰撞的過程中，大量的物質會被散射到宇宙的各個地方，但是中子星的碰撞後，會形成黑洞，因此大量的物質是無法逃脫黑洞的引力。這也是一個令科學家質疑的難題！

而中子星最終的壽命就是塌縮為黑洞，在塌縮的過程中，它的能量會大量的外洩，隨著外洩的能量越來越大，它的自轉速度就會越來越快，最終變為脈衝星，而脈衝星在釋放的大量的電磁脈衝中，也是有可能會存在著比鐵更重的元素，不過目前這一理論尚未證實！

通過以上答案，我相信你已經知道這些重金屬是如何來的了，沒錯它們都來自於遙遠的宇宙中，無論是超新星爆發，還是中子星融合，這都是很難見到的，據悉每50年，就會有一顆恆星死亡，但是能否形成超新星，這就看運氣了。因此超新星爆發被稱為百年難遇的天文現象！

我是宇宙V空間，一個科普天文愛好者！本文由宇宙V空間原創，轉載請註明出處！如果你對這篇文章有疑問，請在下方評論和留言！

宇宙V空間

鐵元素以上的元素只有在超新星大爆炸或大質量天體碰撞中產生，在恆星本身的熱核反應中無法產生。

這是因為鐵元素聚變不但不會釋放能量，相反還要吸收能量，而垂垂老矣的恆星哪裡有多餘的能量給這位鐵頭陀呢，於是聚變就停止了。中心再也沒有能量維持巨大的引力壓力，巨大的恆星外圍急劇向中心坍縮，這種坍縮是驚人的，速度達到近半光速甚至接近光速。

恆星物質以這麼驚人的速度撞向那個鐵頭頭陀，那個大鐵球還要奮力抵抗，亞光速衝擊鐵核心的物質反彈回來使恆星外殼急劇膨脹，這樣驚天動地的大爆炸就不可避免了。這種爆炸會在幾十個毫秒之間發生，爆發出恆星一生所發出能量總和若干倍。2016年1月發現的一顆超新星爆發亮度達到太陽的5700億倍，比銀河系所有恆星亮度加起來還要亮20倍。

超新星這種巨大的能量爆發，無可估量的高溫高壓當然會使頑固的鐵元素向更重的元素聚變，由此金銀汞鉛等，一直到鈾就這樣生成了。

這些物質在大爆炸中拋灑到了太空，被巨大的衝擊力震碎為齏粉，甚至原子態，成為宇宙中的次生星雲，這種二次星雲在某些機緣巧合下，比如附近發生的超新星大爆炸或者天體大碰撞，在這些引力波的擾動下，依靠自身引力又會聚集起來，形成新的恆星和行星天體，這樣這些天體中就不乏重金屬了。我們地球就是這樣形成的。

產生重金屬的渠道還有天體大碰撞，如中子星大碰撞、黑洞與各種天體大碰撞等等，都會爆發巨大的能量，在這些能量的打壓下，重元素就會應運而生。2017年全世界很多科學家觀測到距離我們1.3億光年遠一對中子星發生碰撞的引力波，這隻碰撞事件導致甩到太空中的黃金渣滓達到300個地球質量之多，不得了吧？

一直以來，這些漂浮在太空的重金屬常常會以隕石方式掉向地球。

地球上的重金屬來源有兩個方面，一個是太陽系形成時地球滾雪球裹挾進來的，一個是後來在不斷的隕石轟擊中得到的。現在地球每天還在接受成千上萬噸的宇宙渣滓的轟擊，以流星和隕石的方式來到地球，其中當然也不乏黃金等貴金屬。

所以說，天上掉餡餅的事並不全是騙人的，如果看有哪位明天願起早一點，或許就會撿到天上掉下來的狗頭金也未可知，那就中大獎了，在此先行祝賀。

對超新星的研究證明了宇宙中所有的元素，都是通過能量轉化而來的，從最開始的輕元素氫和氦，到後面的重元素，都是從大爆炸或熱核反應中生成的。

這些事實進一步證明了愛因斯坦質能方程的無比正確，這個著名的方程表達為：E=mc^2

時空通訊專注於老百姓通俗的科學話題，歡迎大家共同探討。

時空通訊

在宇宙誕生的最初幾分鐘裡，宇宙擁有極高的溫度和密度，氫和氦元素在此期間大量被合成出來。然而，空間快速膨脹，宇宙的溫度和密度迅速下降，原初核合成只有條件合成出大量的氫、氦，以及極少量的鋰和鈹，但來不及合成其他更重的元素。

我們身上包含了許多重元素，例如，碳、氧、鐵，以及還有比鐵更重的銅、碘等元素。那麼，這些元素都是怎麼來的呢？

可以說，多虧了恆星，尤其是大質量恆星，才有了後來的地球生命。宇宙大爆炸製造出了大量的氫和氦氣體雲，在宇宙足夠冷卻之後，它們會在引力的作用下坍縮形成恆星。在重力不斷擠壓下，核心區域的溫度變得很高，氫原子核獲得了足夠高的動能，它們之間能夠克服電磁力的排斥作用，發生碰撞，結合成氦原子核。氫核聚變是所有恆星的第一階段，我們的太陽目前正處於這樣的階段。

當恆星核心中的氫元素耗盡之後，積累在核心的氦元素會通過3氦過程，互相碰撞形成碳元素。接下來，碳又會與氦結合成氧，氧還會進一步與氦結合成氖。對於宇宙中的大部分恆星，也包括太陽在內，核聚變只會進行到這一程度，之後將會膨脹為紅巨星，最終核心坍縮為緻密的白矮星。

但對於那些質量在太陽8倍以上的大質量恆星，隨著不斷的引力坍縮，核心溫度可以上升到30億度，它們可以啟動硅核聚變。在這個過程中，硫、氬、鈣、鈦和鉻等重元素相繼合成。

不過，硅燃燒過程是有限的，不會無限產生更重的元素。事實上，這個過程的持續時間非常短暫，通常只有一天。因為一旦合成出恆星“殺手元素”——鐵，整個核聚變過程將會很快宣告結束。

在鐵之前的元素，比結合能隨著質子數的增加逐漸增大，原子核變得越來越穩定。這些元素髮生核聚變生成更重的元素，將會釋放出能量，所以核聚變能夠不斷進行下去。然而，擁有最大比結合能的鐵原子核發生核聚變之後，產生的能量還沒有吸收的多，所以鐵核聚變會吸收能量。

一旦恆星核心區域的能量被鐵核聚變所吸收，輻射壓會迅速下降，引力坍縮效應占據主導作用。恆星原有的平衡會被打破，核心遭受引力的強烈擠壓之後，將會引爆恆星，導致超新星爆發。

在超新星爆發過程中，將會釋放出巨大的能量和自由中子，鐵原子核可以俘獲中子，合成出銅、碘等重元素，甚至是鈾這樣的超重元素（近些年的觀測表明，中子星碰撞也會產生重元素）。雖然鐵元素殺死了恆星，但也引發了更重元素的合成，這為地球生命的誕生創造了條件。

46億年前，太陽附近的超新星爆發不但送來了重元素，而且還引發太陽系的形成。我們身上的重元素曾經都是那顆大質量恆星的一部分，“我們都是星塵”這句話的含義就在於此。

火星一號

因為鐵56過於穩定。鐵不是不能聚變，而是聚變活動所釋放的能量不足以彌補聚變過程所吸收的能量，所以鐵參與聚變反應後，恆星的後續聚變無法繼續維持下去。

核反應驟停，失去核反應輻射壓，恆星的重力開始佔據優勢，恆星內核立即猛烈地以光速向質量重心點收縮。這時候，就有兩個結局，一是恆星內核的質量大於1.6倍太陽質量，將形成中子星。二是恆星內核大於3.2倍太陽質量，則形成黑洞。

無論哪一種結局，恆星殘骸都會發生超新星爆發，收縮產生的巨大溫度與壓力令鐵發生更高級的聚變，時間雖然短暫，但所有超鐵物質都將形成出來。同時，收縮引發的物質碰撞與反作用力將這些超鐵元素拋向外部。

因為超鐵元素的聚變反應要求更高，產生時間更短，所以，這個世界中原子核越重的元素就越少，金比銀少，銀比銅少，而銅比鐵少。就是這個原因導致的。

四川達州

鐵元素是恆星內部最重的元素，既不會發生核聚變釋放能量，又不能核裂變釋放能量，所以恆星在聚變到鐵元素時就會停止聚變反應。

不過像太陽這樣小的恆星聚變到碳、氧、氖就會停止了，因為恆星聚變是由內部引力致使的，太陽的質量小、引力小，那時太陽外部的力量無法抵抗內部的引力而向核心坍縮。太陽的核聚變就停止了，進入到紅巨星階段，最後形成白矮星。

但是宇宙中比太陽質量大幾倍、幾十倍的恆星有很多，它們有足夠的引力使外部的元素繼續發生聚變反應。元素越輕，原子核質量越大，聚變反應釋放的能量越大，而質量越大的恆星有足夠引力使較重的碳、氖繼續聚變釋放能量，形成更重的硅、鐵等元素，形成一個鐵核心。

恆星的核聚變形成的元素過程如下圖：👇

當大質量恆星的鐵核心形成時，外部就是一圈為聚變完的氫外殼。如果質量大於太陽8倍及以上的恆星，就會以超新星爆炸的方式而結束燦爛的一生，最終形成中子星或黑洞。

弄潮科學

簡單說，鐵元素一般是有超新星爆發或者大質量天體之間的碰撞形成的，比如說中子星碰撞。

恆星聚變到鐵元素為什麼會停止呢？因為鐵元素與其他元素不同，其他元素聚變時釋放的能量一般比吸收的能量多，而鐵元素恰恰相反，它聚變時需要吸收巨大的能量而基本不釋放能量，所以沒有足夠的能量提供給鐵元素，聚變自然就停止了！

而一旦聚變停止之後，核聚變產生的向外推力與向內的萬有引力就徹底失衡，萬有引力佔據絕對統治力，恆星所有物質開始迅速向內坍縮，速度非常快，能達到亞光速，由此恆星的核心產生了超乎想象的高溫高壓，這也讓鐵繼續核聚變產生了可能！

幾乎就在一瞬間，恆星內核產生的巨大能量讓鐵元素繼續聚變為更重的元素，比如銀，金等！而這些重元素隨著超新星的爆發被拋灑到廣闊的星際空間。

所以，如今我們在地球上看得的所有重元素，我們所擁有的金銀首飾，基本都來自於億萬年前超新星爆發。超新星爆發拋灑的物質，也成為下一代恆星和行星形成的原材料！

關鍵字: 科學 恆星 聚變