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透過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，它們可以啟動矽核聚變。在這個過程中，硫、氬、鈣、鈦和鉻等重元素相繼合成。

不過，矽燃燒過程是有限的，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。

TAG: 恆星元素核聚變重元素合成