组成我们身体的元素是从哪里来的？看完恍然大悟

“我们是破碎的星星”——这是我一生中读过最美的句子之一。卡尔·萨根写下并总结道：“我们的DNA中的氮、牙齿中的钙、血液中的铁、苹果派中的碳都是由恒星的内部元素形成的，因而我们是由恒星组成的。”

猎户座星云，离我们最近的恒星保育中心之一。（图片来源：Peresanz/Fotolia）

构成生命的元素是恒星在遭受可怕的爆炸性毁灭后的灰烬。所以，在某种程度上，他们死了，你我才得以降生。然而，并不是周期表中的所有元素都是在恒星的中心产生的。一些是在恒星之外自然形成的，其余的则是由我们创造的。那么让我们首先了解一下，一些基本的元素是如何在恒星核心中被创造出来的，这首先需要我们去认识恒星的生命历程。

自然元素

最轻的元素氢和氦是大爆炸后尘埃沉降时产生的。一颗新生的恒星主要是由这种氢气体自身坍塌而成。这种坍缩，加热气体并迫使其原子剧烈碰撞。碰撞进一步加热气体，最终氢原子不会再碰撞和反弹，而是融合形成氦原子！

氦原子的质量小于两个氢原子的质量之和。剩余的质量以能量的形式被释放，其大小由爱因斯坦的质能方程（E=mc^2）给出。虽然对于一个单一的聚变反应来说，这个量值可能很小，但累积的总量是巨大的，整个过程叫做核聚变。这个使恒星发光的原理，在具有毁灭性的氢弹中以一种可控的方式被复制。

图解：氢原子聚变反应

最终，恒星耗尽了燃料——所有的氢。然而，高压和高温现在迫使氦原子融合并形成铍！最后，铍原子被高温高压融合，形成碳，然后再形成氧等等，直到铁在核心被合成出来。在这时候，恒星的质量异常巨大，是太阳质量的两到三倍。然而，它不能再抵消重力的压缩，因为铁不能进一步的融合。在没有燃料和热量来造成膨胀的情况下，恒星开始冷却并收缩。

在恒星生命的最后阶段，由于所有较重的元素都聚集在一个半径只有10英里的球体中，所以每立方英寸的恒星，其密度可以达到数百万吨。然而，进一步的收缩会将恒星压缩到变成一个密度无限大的点！但在塌缩成黑洞之前，它会以大约一百万（10^27）枚原子弹的能量剧烈爆炸！

图解：最远伽马射线爆发-超新星在短时间内释放出巨大的能量，使它们成为宇宙中能量最大的事件。（图片来源：eso/a.roquette/wikipedia commons）

恒星的爆炸性死亡被称为超新星，这是我们在太空中能看到的最巨大的爆炸。核心内的所有元素都被剧烈地分散到周围环境中。更重要的是，释放出来的热量太高，以至于这些元素发生了核反应，这在之前的内核中是不可能的。这些元素被自由的中子轰击，从而产生更多的元素。铁变成金，然后变成铅，直到铀形成，铀是最重的自然合成元素。由此，破坏带来了创造。

人造元素

整个太阳系是由类似的由超新星散布的碎片所形成的。你能想象，积累起来的尘埃和碎片数量惊人，不仅形成了太阳，而且形成了八颗行星和一个围绕太阳旋转的矮星吗？

然而，正如我所说，并不是所有元素都是在核心或恒星外部形成的。铀是第92种元素，那么其他27种元素是如何产生的呢？虽然钚元素和镎元素可以在超新星中合成，但它们的痕量可能并不丰富。这些元素可以自然合成。也许恒星创造的元素比我们所能创造的要重得多，但是这些元素不能保持超过几微秒——因为它们会立即衰变为较轻的元素。

图解：镅衰变

当技术足够的时候，人类就掌握了自然法则。比铀重的元素是通过在回旋加速器中简单地用高速中子轰击铀而产生的。连锁反应随之而来，可能涉及多达17个中子。然而，这一过程也可能发生在“天然”核反应堆或地球下的铀重沉积物中。地球上仅有少量的钚和铯存在于铀矿床中，它们是在十亿年前的铀与自由中子碰撞时形成的。

然而，镄（100）是最后一种可以通过核轰击创造的元素。超重元素只有在粒子加速器发展得比回旋加速器更先进之后才能产生。新的元素不是仅仅用中子轰击现存的原子就能产生的，而是要用整个原子。例如，氦（2）和锿（99）或锘（102），氖（10）和铀（92）融合合成钔（101）。或者，最后的第118种元素，气奥，由锎（98）和钙（20）融合而成。

图解：钢铁侠2粒子加速器场景-托尼·斯塔克在自己家里建造了一个粒子加速器，合成了漫威宇宙中最强的元素——振金。要是只有这么简单就好了。（图片来源：铁人2号/奇迹工作室）

有待回答的问题是，合成重元素和重元素是否存在限制。人们通常会问，当电磁排斥力足以使质子分裂时，质子如何能如此靠近原子核。然而，束缚它们的力比电磁排斥力更强。事实上，这种力是支配宇宙运行方式的四种基本力量中最强的一种。它被称为——极度缺乏创造力——多么强大的力量啊。

但即使是强大的力量也有其局限性。当然实话实说，核内的质子有一种结构，使它们之间的排斥力之和足以推翻束缚它们的强大力量。所以，创造新元素的关键就是避免这种结构。这是我们的极限，因为超过这个极限，物理定律就不再适用。然而，离我们完成周期表似乎并不遥远。要想解开这个谜题，只差一点点的启示。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. sciab- Akash Peshin

公共广播服务——Public Broadcasting Service (PBS)

乔治亚州立大学——Georgia State University

美国国家航空航天局——NASA.gov

物理网——Physics.org

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翻译：天文志愿文章组-蒸鱼

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2.天文学名词

3.原文来自：http://sciab.us/seyxk

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