恒星的起源与演化（元素的起源是什么）

关于宇宙中的物质，大到恒星，小到地球上的一粒沙子，都是由元素组成的，随着人们不断的寻找和制造新的元素，目前，人类累计发现了94种自然元素，加上人工合成的元素一共有118种。

首先我们要从宇宙大爆炸说起。宇宙诞生于138亿年前，宇宙形成的早期，氢元素和氦元素占据了99%以上，它们是最基础也是最简单的一种元素。

我们都知道，宇宙中所有的元素都是由质子、中子以及电子等基本粒子构成的，其中的原子核内质子数就决定了元素的种类，当原子核内只有一个质子，那么就是氢，当有两个质子的时候，也就是氦，然后以此类推，所以只要不停地把这些基本粒子堆积起来，就得到了各种元素。

在早期的宇宙空间中充斥许许多多的基本粒子，我们都知道氢的原子核只有一个质子，所以氢元素就很容易形成，随着宇宙温度的缓慢下降，这个时候宇宙里充满了大量的氢原子。

由于质子都带正电，那要把它们聚合起来的话，是相当困难的，这时就需要恒星来发挥作用了。

• 大约宇宙诞生后的2亿年左右，分子云由于引力的坍塌形成恒星，氢原子和氦原子也成为恒星的主要组成成分。

每一颗恒星的质量达到一定的程度，其核心的温度和压力就可以达到核聚变的条件。

最开始是氢核聚变，氢原子核反应的差不多了，压力和温度足够的话，还可以再次点燃氦核聚变生成碳原子核，如果要聚变出更重的元素，那就需要更更高的温度以及更更强的压力，而太阳最高就只能聚变出碳和氢。

• 而核聚变反应会使得原子失去部分质量，由爱因斯坦的质能方程，这部分质量会以能量的形式释放出来。

恒星的质量通常都非常大，而特大质量的恒星内核里面触发的核聚变反应所需要的温度是非常高的，导致了外层的温度也刚好达到了氢核聚变的反应条件，所以恒星外层也开始发生核聚变反应，然后一层一层的进行着不同的核聚变反应。

恒星的质量足够大，恒星内部的反应就可以一直进行下去，从氢核聚变到氦核聚变，再到碳，一直到铁原子核。所以铁元素之前的元素就是通过恒星内部发生核聚变才形成了宇宙中的众多元素，说恒星是元素的“炼丹炉”也很贴切。

铁这个原子很特殊，在化学中有个概念叫比结合能，大概意思就是由于原子核中的质子和质子间有很强的电磁斥力，而比斥力更强的强相互作用力核力将核子结合在一起让它不至于分散，因此将一个原子核中的核子分开所需要的能量就是比结合能。偏偏铁核就是比结合能最高的原子核。

所以说铁原子核是最稳定的。

铁原子核聚变和前面元素的不同之处还有，铁之前的元素核聚变都会释放能量，而铁原子核聚变进行反应之前需要吸收的能量却远远大于反应后释放的能量。而恒星一般都没有这么多的能量，所以核聚变到铁元素就停止了。

虽然以上这些都说了恒星聚变到铁就停止了，但是这些都不意味着铁后面的元素无法制造出来，只不过这个过程发生在不可思议的高压与数百万摄氏度的高温下。

首先需要一个超大质量的恒星，当恒星内部的核聚变进行到铁元素的时候，铁原子核与氦核可以再次合成钴元素和镍元素，但是由于铁核聚变需要吸热，所以只能持续很短的一段时间。之后由于铁核聚变大量吸热，使得恒星内部的压力突然失去抵抗自身重力的力量，这样会使得恒星的外部物质向内坍塌，发生超新星爆炸。最后形成中子星或是黑洞。

简单来说就是，聚变铁元素的时候不仅不会继续释放能量，反而会吸收恒星的能量。而当恒星内的核聚变到铁元素停止，那么恒星聚变到铁元素之后就离死亡不远了！

• 中子俘获，原理就是指原子核与中子碰撞结合，从而形成重核的一个过程。

通常发生在当恒星发生大爆炸的时候，这个过程中会产生很多的中子，铁原子核正是通过俘获这些中子才形成了铁元素之后的元素。爆炸结束之后这些重元素也随之洒落在宇宙中。

中子俘获又分“快”、“慢”两种，其中的慢中子俘获是发生在恒星内部，不过发生的概率是很低的，反应时间也很慢。如果中子俘获反应速率远低于β衰变速率，称为慢速中子俘获过程，反之就是快速中子俘获反应。铁之后的元素就是通过这种过程被制造出来的。

• 宇宙中还有一种现象叫做中子星合并也可以合成重元素。

我们知道，中子星是密度仅次于黑洞的天体，当两个中子星相遇发生碰撞，也是一种十分剧烈的过程。在这个过程中，中子星会被强大的引力撕裂，原子短时间内与中子发生反应，从而产生更重的原子核。我们常见的金，银铂等金属都只能通过这个过程产生。

• 宇宙中的元素起源于宇宙大爆炸，但当时宇宙中几乎只有氢元素和氦元素。随着恒星的出现，氢元素和氦元素在恒星内部通过核聚变生成了铁元素之前的所有元素。所以说恒星是元素的“炼丹炉”。

• 而恒星内部的核聚变只能进行到铁元素是因为，铁的比结合能最大，而且铁核聚变吸热反应，所以当大质量恒星核聚变到铁时，就停止了。

• 铁之后的元素是通过超星系爆炸和中子星合并的过程形成的，这两种剧烈的过程，可以产生巨大的能量，重元素也就被创造出来了。