恒星核聚變最多只能到鐵，那么比鐵更重要的元素又是如何出現的？

目前科學家發現的元素總共有118種，其中92種屬于自然元素，其他26種元素都是人造的元素。

上初中化學時，我們都學過元素周期表，甚至背得滾瓜爛熟（可能現在都已經忘了吧），那么你知不知道，宇宙中這么多的元素到底是怎么來的呢？

在要從宇宙大爆炸發生初期開始說起。宇宙大爆炸之后，當時的宇宙沒有任何物質，只能純能量，就像“能量湯”一樣，溫度極其高。隨著宇宙不斷膨脹，溫度開始下降，宇宙中出現了亞原子粒子。在大約38萬年之前，形成了第一批原子核，之后便形成了原子，宇宙開始進入物質世界。

早期的宇宙基本上都是由氫和氦構成的，很少有更重的元素出現，事實上即便到了今天，氫和氦仍舊占據了宇宙的絕大部分。

那么更重的元素是如何形成的呢？

我們必須感謝恒星，因為恒星就是元素的“煉丹爐”！

恒星主要是由氫組成的，拿我們的太陽舉例子，太陽核心溫度高達1500萬度，內核呈現等離子態，因為溫度足夠高，電子早已拜托原子核的束縛到處亂竄，無數個電子，氫原子核（質子），光子等攪拌在一起。

理論上講，要想發生核聚變，就需要足夠多的能量輸入，比如說人類制造的氫彈，需要達到一億度的高溫才可以，所以在引爆氫彈之前通常會先引爆原子彈來創造高溫條件。

而太陽核心1500萬度的環境本來是不能發生核聚變的。但了解量子力學的都應該清楚，微觀世界會表現出與宏觀世界很大的不同，那里隨時會上演“量子隧穿”。

何為量子隧穿？用宏觀世界的現象打比方，假如你面前有一堵5米高的墻，無論如何努力你都翻不過去，但在量子世界就不同了，你有一定的幾率直接穿墻而過，到達墻的另一邊（事實上宏觀世界你也可以做到，但只是理論上，實際上幾率低到可以忽略不計）。

而對于太陽來說，即使溫度沒有達到核聚變條件，仍有一定幾率會發生核聚變，只是概率比較低。但即使概率低，由于太陽質量非常大，氫原子核數量多到不可想象，所以核聚變總是會發生的，只是核聚變的速度相對比較慢而已。這也是為什么太陽這顆“超級氫彈”并不會像人類制造的氫彈那樣瞬間爆炸，而是會緩慢地進行核聚變。

氫原子核聚變成氦原子核，同時釋放出能量。如果一顆恒星的質量足夠大，核聚變就會繼續進行，聚變成更重的元素，比如說碳原子核，氧原子核，乃至鐵原子核。

但是一般情況下恒星核聚變到鐵元素就停止了，為什么會停止呢？

需要了解兩個概念：結合能和比比結合能。

質子和中子通過核力結合成原子核，如果想要把兩者分開就需要能量，而需要的能量多少就是原子核的結合能。原子核的核子越多，結合能就越高，也意味著越難把它們分開。

結合能曲線，Ni-62才是最高的，然后是Fe-58和Fe-56

比結合能就很好理解了。結合能與核子數量的比值就是比結合能，也就是結合能的平均值。比結合能越大，原子核就越穩定！而鐵元素的比結合能是最高的（實際上鎳-62的比結合能會更高，但鎳-62最終會衰變成鐵元素。）

由于鐵元素的比結合能最高，所以比鐵更輕的元素核聚變時會釋放出能量，理論上比鐵更重的元素也可以進行核聚變，但核聚變時并不釋放能量，而是吸收能量的，而且吸收巨大能量，普通的恒星無法提供重元素核聚變需要吸收的能量。

所以，理論上雖然比鐵更重的元素仍舊能發生核聚變，但由于這個過程是吸收能量的，不再釋放能量，所以這樣的“恒星”已經不再屬于恒星了。

為何核聚變吸收能量時，就無法再進行下去了呢？

我們都知道太陽為何能持續發光發熱幾十億年，原因就是兩種力量的平衡：核聚變釋放的巨大能量產生的向外的壓力，還有太陽巨大質量產生向內的萬有引力，兩種力量的平衡才讓太陽能夠持續發光發熱，而且還會一直進行下去，起碼還有幾十億年時間。

而一旦核聚變不再釋放能量，就不會產生向外的壓力，兩種力量的平衡就被打破了，萬有引力占據了統治地位，恒星開始急速向內坍縮，實際上就是恒星死亡的開始。

恒星死亡后會變成什么？質量較小的恒星會變成白矮星，比如我們的太陽。而質量比較大的恒星會坍縮成為中子星甚至黑洞。

而在坍縮成中子星或者黑洞的過程中，就有了讓鐵繼續進行核聚變的條件了。

大質量恒星燃料耗盡之后急劇向內坍縮，在強大萬有引力的作用下，恒星外部物質猛烈急速撞擊中心的鐵核，這種超強撞擊給鐵核提供了巨大能量，足以讓鐵元素吸收足夠的能量繼續聚變下去，聚變成更重的元素。

這就是重元素的由來（當然只是一部分還有其他方式）。

撞擊鐵核的瞬間會產生超強的反作用力，而巨大的反作用力足以把恒星外層物質拋灑到浩瀚的宇宙星際空間，實際上這就是超新星爆發，場面非常壯觀，釋放出超乎想象多的能量，在超新星爆發的一瞬間釋放出的能量比太陽一生釋放的能量總和還要多100倍！

而拋灑到星際空間的恒星物質也成為了下一代恒星行星形成的原材料，宇宙也就是這樣不斷循環的。

除了超新星爆發之外，還有第二種形成重元素的方式，那就是中子星碰撞合并。

恒星死亡之后會形成白矮星，中子星，黑洞。通常情況下，質量介于1.44倍到3倍太陽質量之間的恒星死亡后會形成中子星，大于太陽質量3倍的恒星會形成黑洞。

科學家們通過不斷地觀測發現，宇宙中存在數量眾多的中子星，很多時候中子星會相互環繞運行，在運行的過程中有可能會發生碰撞，這種碰撞是非常非常猛烈的，堪稱宇宙大爆炸發生之后宇宙間最猛烈的碰撞。

碰撞瞬間產生劇烈的能量，足以聚合成更重的元素。事實上，宇宙中比鐵更重的元素大部分都來自中子星之間的碰撞合并。比如今天我們佩戴的金銀首飾，其實多數都是來自中子星的碰撞。我們應該感謝宇宙中這些猛烈的自然事件，創造了如今我們看到的豐富多彩的世界。

總結就是：氫和氦源自宇宙大爆炸發生不久的那段時間。比鐵更輕的元素源自像太陽那樣的主序星的核聚變。而比鐵更重的重元素源自大質量恒星死亡后的超新星爆發，還有中子星碰撞。