現在人類已知宇宙中有118種元素，元素的種類是以原子核中質子數為標準來確定的，原子核從1個質子，到118個質子，在元素週期表中排列成118種元素。鐵元素在元素週期表中位列第26位。也就是說，在鐵元素之後，還有92種元素。

恆星核聚變的條件

何謂核聚變？核聚變就是在高溫或高壓條件下，氫原子核透過融合變成相對更重的原子核的過程，在這個過程會損失一部分質量，這些質量嚴格遵循愛因斯坦質能方程，轉換成巨大能量釋放出來。

現代宇宙天文學常識告訴我們，宇宙大爆炸初期，最早形成的元素只有氫和氦，還有極微量的鋰，鋰以後的115種元素都是沒有的。宇宙大爆炸10億年左右，原始星雲才凝聚形成了恆星，從此恆星成為可見宇宙的主要組成，佔總質量90%以上。

由於恆星巨大質量形成的高溫高壓，在核心部分會激發核聚變。由於宇宙元素主要是氫和氦，即便到現在宇宙已經有了118種元素，氫和氦在宇宙中的丰度依然佔99%左右，其中氫的質量佔有75%（體積佔90%左右），因此所有的恆星核心核聚變都是從氫開始，逐步發展到更重元素。而氫核聚變是所有恆星維持主序星階段的主要動力。

主序星階段是恆星最穩定時期，佔恆星總壽命的90%時間；恆星其餘壽命時間發生在形成階段和氫核聚變結束後的演化晚期，這段時間是恆星不穩定的快速變化階段。

核聚變的條件要求很高，越重的原子核，聚變要求的溫度和壓力越高。恆星巨大的引力向心壓力，相對降低了核聚變的溫度要求，一般來說，恆星氫核聚變所需溫度需要1000萬K，氦核聚變溫度需要2億K，碳核聚變溫度需要8億K，氧核聚變小15億K，矽核聚變需要35億K。

質量越大的恆星，核心引力壓力越大，溫度越高，核聚變就越激烈，氫燃燒得就越快，這樣壽命就越短。質量越小的恆星，核聚變就越溫和緩慢，因此壽命就越長。

太陽核聚變最多生成碳，大質量恆星最後生成鐵

太陽核心溫度只有1500萬K，壓力達到3000億個地球大氣壓。這種溫度壓力只能進行氫核聚變，每四個氫核聚變成一個氦核，在這個聚變過程會虧損約0。7%的質量，根據愛因斯坦質能轉換公式，釋放出相應的能量。太陽核聚變每秒鐘轉化氫核6億噸，融合出5。958億噸的氦，有420萬噸質量轉化為3。78*10^26J（焦耳）的能量。

太陽的這些能量一方面產生巨大輻射壓，抵消了引力的坍縮壓力，讓太陽一直維持著穩定的狀態；另一方面以電磁輻射的方式，將能量傳遞到太陽表面，並源源不斷地釋放到太空，地球承接到其中22億分之一。

太陽的主序星階段可以維持100~110億年。現在太陽年齡約46億歲，壽命還有54~64億年。太陽核心的氫燒完了，太陽大限就到了，進入衰老期，這個階段很短，只有約1~5億年左右。

這時的太陽會變得很不穩定，核心氫燒完，只剩下一個氦核，氦核聚變的溫度和壓力要求更高，太陽核心溫度壓力達不到氦核聚變要求，核聚變就熄滅了。沒有了核聚變巨大輻射壓抵消外圍巨大引力壓，恆星就會向內坍縮，這樣就會導致核心壓力和溫度急劇增高，就點燃了氦核聚變。

氦核聚變的巨大輻射張力，讓恆星外殼膨脹，太陽就會漸漸變成一個紅巨星，半徑增加到現在的250~300倍，而且外圍物質不斷飄散到太空，質量越來越小。

這樣的過程不斷髮生，就依次點燃了一路向上的重核聚變。但像太陽這樣質量的恆星，最終的壓力和溫度只能將核聚變升級到碳，就再也沒有能力升級了，最終太陽外圍物質散盡，核心只留下一個小小的碳球，這個碳球體積只有約地球大小，質量卻有太陽一半，這就是緻密的白矮星，密度可達1~10噸/cm^3。

如果宇宙只有太陽這樣質量的恆星，元素就只能到碳了。碳核只有6個質子，在元素週期表裡排列在第6位，如果恆星核聚變都像太陽這樣，到碳結束，後面還有112個元素就沒有了。

好在宇宙中還有10%左右更大的恆星，現在已知宇宙中最大質量恆星約為太陽的200多倍。恆星質量只要超過太陽8倍，核心壓力和溫度就可以讓核聚變一路升級，一直到鐵結束。

這以後，質量再大的恆星，核心核反應也只能達到鐵為止了。這是為什麼呢？

這是因為鐵56原子核的穩定性最高。

原子核中將質子中子束縛在一起的力叫強力，中子呈中性，質子帶有正電，這樣質子與質子之間就同性相斥，具有相互排斥的電磁作用力。在四大基本力中，強力比電磁作用力大100倍。但強力屬於短程力，作用範圍只有10^-15m（米），而電磁作用力是長程力，理論上作用距離無限長。

這樣，這兩種力就會在核子裡產生一些相互制衡的微妙關係。質子排斥力雖然很大，但在原子核範圍內，還是受到強力支配，被緊緊束縛在一起。這其中，中子也起到了穩定作用。一般當原子序數較小時，質子數量不多，原子核半徑小，強力就起到了主導作用。

原子核強力會隨著原子序數的疊加，也就是從氫元素1個質子開始，隨著原子核質子數的增加，強作用力會越來越大，原子核也就更穩定；但隨著原子核半徑越來越大，質子的電磁作用力（排斥力）也會不斷疊加。當原子核的質子數到達一個閾值，距離核心較遠的質子排斥力就有可能超過強力，這樣這個原子核就變得不穩定了。

這個閾值就是鐵56，原子核中有26個質子和30箇中子。鐵56成為元素穩定的轉折點，低於這個原子量的元素，是從輕到重越來越穩，到達鐵56時最穩定；超過鐵56的元素，隨著質子數的增加，穩定性就越來越差。

因此鐵是所有元素中最穩定的元素，元素越穩定惰性就越大，能量也越低。

原子核發生裂變或聚變，一般都會產生能量，恆星發光發熱就是因為核聚變產生的巨大能量，原子彈爆炸就是核裂變產生的能量。在元素週期表上，比鐵輕的元素都會透過核聚變產生能量，而比鐵重的元素會透過核裂變產生能量。只有鐵不管是核聚變還是核裂變，光吃不吐，只消耗能量，不會產生一點能量。

這樣，這個鐵疙瘩就成了一個難剃的頭。恆星演化到了末期，本來需要更多的能量來維持其壽命，再大的恆星也沒有辦法驅動鐵核聚變了。因此，所有恆星核聚變到鐵就停止了。

那麼核聚變到鐵就結束了，為啥宇宙中會存在比鐵重的許多元素呢？

這是因為宇宙發生了更厲害的事件

這些事件就是超新星爆發或大質量天體相撞合併。當大質量恆星核聚變將核心物質聚變到鐵以後，就再也沒有能量來激發鐵的核聚變了，這樣恆星核心的核聚變就停止了，就像太陽晚期一樣，核心沒有了巨大輻射壓抵禦引力壓，外圍質量就急劇向核心坍縮。

這種坍縮速度非常快，達到光速的10~25%，甚至50%，這些極端力量衝擊核心那個鐵疙瘩，鐵疙瘩依然無動於衷地將這些衝擊物質反彈回去，這樣就形成了巨大沖擊波衝擊恆星外層，物質劇烈碰撞導致了恆星的熱核失控，大爆炸就發生了。

大爆炸形成了1000億K的超高溫度和超高壓力，在這樣超巨大能量衝擊下，沙比鐵疙瘩再也保持不了那種不陰不陽的矜持狀態了，被一級一級融合成為各種更重物質。

這種超新星爆發是大質量恆星核心坍縮型超新星。超新星爆發還有白矮星、中子星超過質量極限的爆發，這裡就不不一一細說了。

這樣金銀財寶、鑭系錒系就都出現了。

在宇宙大事件中，中子星相撞、黑洞融合等事件，更是宇宙極端事件，其溫度可達到萬億K以上，產生的伽馬射線暴溫度甚至可達10萬億K以上，在其周邊天區，可再現宇宙大爆炸1秒之前的高溫高壓高密狀態，這些都是產生重元素的條件。

2017年，科學家們捕捉到了距離我們1。3億光年的兩顆中子星相撞引力波，據測算，劇烈的爆炸炸出了300個地球質量的黃金，還產生了大量的鉑、鈾、汞等重金屬。

科學家們認為，我們地球上這些重金屬，都得益於這類宇宙事件，這些漂浮在宇宙中的貴重金屬，在地球形成初期被吸附或以隕星方式撞擊掉落到地球，那時的地球還是一個熔融狀的火球，這些重金屬絕大多數沉入了地心，一小部分留在了地表岩層中，被人類開發利用。

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