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“不到一小時(shí)就造出了原子,，幾百萬(wàn)年就造出了恒星和行星,，而造出人類(lèi)卻用了50億年！”——喬治·伽莫夫 說(shuō)到地球上生命的來(lái)源,，你可能會(huì)想到地球本身億萬(wàn)年的演化過(guò)程,，還有生命進(jìn)化的曲折，但這只是所有故事的一部分,！我們可以追溯到更早的時(shí)期,，想一想組成地球元素的來(lái)歷。我們經(jīng)常能聽(tīng)到恒星中會(huì)融合出碳,、氧,、硅，硫,，以及相當(dāng)多的鐵/鎳/鈷,，超新星爆發(fā)會(huì)形成比鐵更重的元素，那么問(wèn)題來(lái)了：生命中重要的磷,、鈉,、氯、鎂,、鈣,、鉀、銅,、鋅,，這些元素是怎樣形成的？  正是這些元素的存在才讓我們得以生存,。沒(méi)有這些不同的元素以及它們所形成的所有不同的分子組合,，就不會(huì)有生命的故事。 然而,，當(dāng)我們看到元素周期表的時(shí)候,，其中大約有90多種元素是在地球上自然存在的，這讓我們不禁會(huì)想它們是從哪里來(lái)的。 大質(zhì)量恒星的融合過(guò)程  當(dāng)然,，我們可以給出一個(gè)簡(jiǎn)單的答案,，說(shuō)“這一切都是來(lái)自上幾代的恒星”。雖然事實(shí)如此,，但這個(gè)答案很難令人滿(mǎn)意,。因?yàn)樗械暮阈怯泻芏嗖煌姆N類(lèi)，它們生存和死亡的過(guò)程要么緩慢要么迅速,，這取決于它們是哪種類(lèi)型的恒星。  恒星在宇宙中形成的時(shí)候都不是單個(gè)形成的,，不是一個(gè)一個(gè)往出蹦,，而是成串的，一般都是成百上千的星團(tuán),，甚至是上百萬(wàn)的恒星同時(shí)出現(xiàn),。如果我們觀(guān)察星團(tuán)中的任何一個(gè)恒星，首先會(huì)注意到最亮,、最藍(lán)的恒星,，因?yàn)樗鼈冏盍粒沧铒@眼,。但這種恒星的壽命也是最短命的,，因?yàn)樗鼈內(nèi)紵剂系乃俣茸羁欤⑶野l(fā)出的耀眼的光芒,，有些亮度甚至高達(dá)太陽(yáng)的數(shù)萬(wàn)倍,！  這些最亮、質(zhì)量最大的恒星內(nèi)部發(fā)生了什么,？與所有的恒星一樣,，它們首先將氫燃燒成氦，這兩種元素是宇宙中最豐富的兩種元素,。當(dāng)它們的核心耗盡氫的時(shí)候,，大質(zhì)量的充滿(mǎn)氦的核心區(qū)域就開(kāi)始收縮，因?yàn)闆](méi)有核聚變產(chǎn)生的壓力來(lái)支撐恒星來(lái)抵抗萬(wàn)有引力,。 在收縮的同時(shí),，溫度也在升高。在質(zhì)量足夠大的恒星中（包括我們的太陽(yáng)）,，氦也會(huì)開(kāi)始融合成碳,。雖然我們的太陽(yáng)無(wú)法將碳元素融合成更重的元素。但質(zhì)量是太陽(yáng)四到八倍的恒星,，它們會(huì)形成氧,，然后是硅和硫，最后是鐵，鎳和鈷,。  然而,，這個(gè)過(guò)程發(fā)生得很快，恒星會(huì)在核心產(chǎn)生大量的氧和硅,，大量的硫,，以及相當(dāng)多的鐵/鎳/鈷，但不能融合出更多,、更重的元素,。 只有當(dāng)恒星變成超新星的時(shí)候，才可以形成元素周期表中一些超重元素,，以及少量的其他元素,。 超新星爆發(fā)如何產(chǎn)生更重的元素？  內(nèi)核坍塌導(dǎo)致超新星爆發(fā)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的自由中子,，這些中子攜帶極高的能量與周?chē)乃性匕l(fā)生碰撞,，中子被捕獲后形成了元素周期表上其他比鐵更重的元素，這是一種快速的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),，被稱(chēng)為快中子捕獲過(guò)程（r-process）,，r代表快速的意思。 但是這個(gè)過(guò)程還不足以解釋我們?cè)诘厍蛏峡吹降拇蠖鄶?shù)元素,。  地球上的元素似乎與我們預(yù)期的是由最大質(zhì)量恒星形成的想法不一致,。比如說(shuō)，這些鋁是怎么來(lái)的,？為什么周期表上輕元素和重元素的分布是大致均勻地,？ 事實(shí)證明，盡管我們星球上的所有元素都曾經(jīng)在一顆超新星內(nèi)部產(chǎn)生,，但大多數(shù)元素的來(lái)歷不止是一顆恒星,。 慢中子捕獲過(guò)程  像我們的太陽(yáng)這樣的恒星，它并不會(huì)變成超新星,，當(dāng)它的生命走到盡頭時(shí),，就會(huì)把外層吹成行星狀星云，然后把形成的元素送回到星際介質(zhì)中,。從上圖中的彩色就可以看到,，其中包括了各種各樣的元素，每種顏色都代表了元素周期表中不同元素的特征,。 你可能會(huì)感到驚訝的是,，正是像我們太陽(yáng)這樣的恒星產(chǎn)生了我們最熟悉的元素！  看一下太陽(yáng)光譜,，也就是太陽(yáng)中所有不同元素的吸收線(xiàn),。你可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn),，我們?cè)谔?yáng)中發(fā)現(xiàn)了43號(hào)锝元素，一種沒(méi)有穩(wěn)定同位素的元素,，地球上從未發(fā)現(xiàn)過(guò)天然存在的元素,。  但它在太陽(yáng)中存在！這是怎么回事呢,？ 其實(shí)還有一種更緩慢,、更穩(wěn)定的慢中子捕獲過(guò)程形成了像類(lèi)太陽(yáng)恒星中的元素，也稱(chēng)為s過(guò)程,，其中s代表緩慢,。只要恒星中有像碳和氖這樣的元素存在，就會(huì)產(chǎn)生中子,。當(dāng)氦原子核與碳13（一種穩(wěn)定的,，但比普通碳12少見(jiàn)的碳同位素）碰撞時(shí)，它會(huì)融合成氧,，但也會(huì)釋放出一個(gè)自由中子。同樣的,，當(dāng)氦原子核與氖-22（一種常見(jiàn)的,、穩(wěn)定的氖同位素，占地球上所有氖的9%）碰撞時(shí),，它會(huì)融合成鎂-25,，同時(shí)釋放出自由中子。  這些中子和所有自由中子一樣,，在不帶電荷的情況下,，它們很容易撞向恒星內(nèi)部的其他原子核，在那里它們可以被吸收,，幫助從較輕的元素中生成較重的元素,。但它們也有時(shí)間限制：自由中子平均只存在15分鐘左右，然后會(huì)衰變?yōu)橘|(zhì)子和更輕的粒子,。 所以需要足夠快地撞到其他輕元素,，從而產(chǎn)生更重的元素，這就是為什么在恒星內(nèi)部時(shí),，最有效地形成它們,！這不僅是獲得锝的方式，也是形成地球上生命過(guò)程中最常見(jiàn)的元素的方式,，包括：磷,、鈉、氯,、鎂,、鈣,、鉀、銅,、鋅,。 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)很簡(jiǎn)單：輕元素不斷地增加中子，使其上升到越來(lái)越高的同位素,，直到其中一個(gè)元素不穩(wěn)定,，衰變到周期表上的下一個(gè)元素。然后,，再加入更多的中子,，重復(fù)這個(gè)過(guò)程。 事實(shí)上,，下面用顏色編碼的元素周期表,，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)帶有綠色“L”的元素都是宇宙中主要由慢中子捕獲機(jī)制產(chǎn)生的,。 總結(jié)：我們其實(shí)來(lái)自緩慢的燃燒,，而不是超新星 我們也可以通過(guò)s過(guò)程直接從鐵開(kāi)始，往鐵里加中子,，但是如果試著向鐵加入中子,，會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)鉍，但是它會(huì)衰變成更輕的元素,。鐵越往上元素越不穩(wěn)定,，β衰變的速率越快，S過(guò)程的緩慢添加中子已經(jīng)爬不上去了,，如果沒(méi)有超新星的R過(guò)程,，元素序列就沒(méi)有上升的可能。 然而,，正是這個(gè)緩慢的,，持久的，也許帶些浪漫的過(guò)程使我們賴(lài)以生存的元素得以存在,。在恒星的核心深處,，在數(shù)百萬(wàn)度的高溫下，氦核正在與罕見(jiàn)但穩(wěn)定的同位素碰撞,，這些同位素是在前幾代恒星中形成的,，碰撞后產(chǎn)生自由的中子，并慢慢地從最初“乏味,、無(wú)趣”的氧,、硅、硫,、鐵,、鈷,、鎳等元素中生成大量的元素。 所以當(dāng)你下次想到使生命成為可能的元素時(shí),，以及我們的起源要?dú)w功于恒星時(shí),，不要只想到壯觀(guān)的超新星爆發(fā)。故事比這要豐富得多,，宇宙需要一種緩慢燃燒的火焰才能產(chǎn)生我們,。最后，我們的存在要?dú)w功于s過(guò)程的溫柔熔爐,。
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