在宇宙形成的初期，那是離我們十分遙遠(yuǎn)的時(shí)代，宇宙中只存在氫和氦這兩種基本原子核，它們成為了構(gòu)成宇宙的基本物質(zhì)。如今排在元素周期表中第三的鋰僅僅才占有百億分之一的含量，但現(xiàn)在我們的地球上有90多種自然元素，這些元素都是從何而來(lái)的呢？

元素周期表中有90多種自然元素

發(fā)現(xiàn)超新星

很多人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)超新星這類(lèi)星體，它是大質(zhì)量恒星死亡之前經(jīng)歷的一種狀態(tài)。它是天空中亮度最高的星，有的亮度瞬間能夠增大100億倍以上，即使用我們的肉眼也可以觀(guān)察到它。每年全世界的望遠(yuǎn)鏡能夠觀(guān)察到數(shù)十次超新星的爆發(fā)，但是大部分爆發(fā)由于位置距離我們太過(guò)遙遠(yuǎn)，我們只能夠觀(guān)察到，但是無(wú)法對(duì)它的細(xì)節(jié)進(jìn)行深入研究。

在過(guò)去的1000年里，人們分別在1006年、1054年、1572年和1604年用肉眼多次看到了超新星的爆發(fā)。1987年2月23日，加拿大年輕的天文學(xué)家希爾頓僅僅用25厘米口徑的天體照相儀就看到了大麥哲倫星云里出現(xiàn)的一顆新星。這顆新星最開(kāi)始的光度是太陽(yáng)的一億倍，隨著時(shí)間的推移，它的光度逐漸減弱，直到500天后才慢慢消失不見(jiàn)。

SN1987A超新星

這顆SN1987A超新星是1604年以來(lái)，在距離銀河系17萬(wàn)光年的大麥哲倫星云內(nèi)最為明亮的一顆超新星。也是科學(xué)家們第一次有機(jī)會(huì)細(xì)致了解并追蹤超新星的演化過(guò)程，讓我們終于認(rèn)識(shí)到了恒星隕落的地方也正是重原子誕生的地方。對(duì)它的研究起到了分析恒星演化研究的重要意義。另一方面，因?yàn)闄z測(cè)到了24個(gè)中微子事例而開(kāi)啟了太陽(yáng)系外中微子天文學(xué)的大門(mén)。

制造各種元素的'工廠(chǎng)'

在40多年前，天體物理學(xué)家們一致認(rèn)為現(xiàn)在大部分元素都是由恒星內(nèi)部核反應(yīng)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)逐級(jí)產(chǎn)生的。但是后來(lái)經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在恒星內(nèi)部由聚變合成的核反應(yīng)能生成最重的就是鐵原子核。更重的原子核產(chǎn)生需要在更為復(fù)雜的情況下發(fā)生，一般是在質(zhì)量很大的恒星即將死亡時(shí)，它的爆炸會(huì)迸發(fā)出更高的能量引發(fā)進(jìn)一步的核反應(yīng)。

能夠產(chǎn)生比鐵原子核更重原子核的恒星，一般是比太陽(yáng)質(zhì)量大10倍以上的恒星。它在瀕臨死亡時(shí)會(huì)演變成為一顆超新星。由于它內(nèi)部的燃料耗盡，聚變反應(yīng)帶來(lái)由內(nèi)向外的斥力減小，恒星巨大的引力向內(nèi)沖壓使星體內(nèi)的溫度上升到6億℃。這個(gè)超高溫的內(nèi)核就是產(chǎn)生重元素的'工廠(chǎng)'。

由碳原子核變成鐵原子核的過(guò)程

對(duì)于類(lèi)似于太陽(yáng)質(zhì)量的星體，它的聚變反應(yīng)會(huì)將氫變成氦，然后會(huì)生成碳，直到它死亡變成了白矮星，也不會(huì)再生成更重的原子核了。但是比太陽(yáng)更大的星體就不一樣了，由于它最終的壓縮會(huì)產(chǎn)生更高的溫度，能夠使碳更進(jìn)一步的參與聚變反應(yīng)而生成更重的原子核，如氖（Ne）、氧（O）、鎂（Mg）、硅（Si）等。最終，會(huì)有鐵原子核生成。

重原子核的產(chǎn)生

不管是重原子核的裂變，還是較輕原子核的聚變，最終都會(huì)趨于生成鐵原子核。因此，鐵是最穩(wěn)定的元素。當(dāng)恒星內(nèi)部聚變出比鐵輕的核則會(huì)釋放一些能量，當(dāng)聚變出比鐵重的核則要倒貼能量。當(dāng)能量消耗到最后一刻時(shí)，引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于斥力，使恒星的核在一秒內(nèi)的時(shí)間里坍縮掉。恒星沉重的地幔砸向內(nèi)核，使內(nèi)核被巨大的能量擠壓著，正是由于這最終內(nèi)向爆炸所產(chǎn)生的額外沖擊能量把恒星內(nèi)部的鐵元素變成了各式各樣的重元素。這時(shí)， 這個(gè)星體就生成了提供給其他星體形成的重元素?，F(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)明確了各種重原子在極高溫度環(huán)境下產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。這些比鐵重的重元素大多數(shù)都來(lái)自于中子星-中子星合并時(shí)的中子核反應(yīng)，只有一小部分來(lái)源于超新星的爆發(fā)。

恒星會(huì)產(chǎn)生多種原子核

事情到這里并沒(méi)有完全結(jié)束，這個(gè)星體還要為其他星體的新生再提供一些幫助，將自己最后的一絲能量發(fā)揮出來(lái)。由于內(nèi)核受到了極強(qiáng)的壓力擠壓，導(dǎo)致星體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由內(nèi)向外的反彈，這次反彈所帶來(lái)的沖擊波將最外層已經(jīng)生成好的重元素打成碎片，并拋到了太空之中。這個(gè)星體在太空中會(huì)留下一個(gè)比原來(lái)體積小很多的核，這個(gè)核就是我們常說(shuō)的中子星。而質(zhì)量特別大的恒星由于引力更加強(qiáng)大會(huì)進(jìn)一步的坍縮，形成黑洞。

恒星與我們

那些被沖擊波拋入太空中的元素碎片就是包含著各種不同的原子核，正是這些宇宙塵?；蛘哳w粒才提供了形成新天體的原材料。當(dāng)然，我們的地球也不例外，經(jīng)天體物理學(xué)家研究表明，在46億年前，一顆或者兩顆超新星爆炸所產(chǎn)生的塵粒由于引力相互吸引，最終聚集在一起形成了我們的地球。這些塵粒的成分提供了我們地球上幾乎所有輕重元素。我們生活中隨處可見(jiàn)的工具和生活用品，都有著這些重元素的影子。

超新星爆發(fā)后

不僅僅如此，組成我們身體65%的水和18%的碳，還有我們身體當(dāng)中很多不可或缺的微量元素礦物質(zhì)，都來(lái)源于數(shù)十億年前的某個(gè)恒星。是不是感到無(wú)比的神奇和震撼，震撼于生命的輪回和宇宙“造物主”的強(qiáng)大與穩(wěn)定。感嘆生命的神奇和在時(shí)間面前的脆弱！

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