恆星的核聚變最多隻能進行到鐵元素，那麼元素週期表上的其它元素是從哪裡來的呢？

我們這個宇宙的元素究竟是從哪裡來的呢？

太陽有71.3%的物質是由氫氣組成的，氦氣佔27%，其它的元素僅佔了2%，那麼太陽中的氫氣是從哪裡來的呢？

宇宙大爆炸

現在主流的科學觀點認為在138億年前，宇宙起源於一次奇點大爆炸。這個奇點是一個體積無限系小但是質量卻無限大的物質，它基本上蘊含了宇宙萬物，在奇點爆炸之後，宇宙開始膨脹，形成了我們現在看到的各個天體。

氫和氦分別是我們元素週期表中的1號元素和2號元素，那麼其它元素是如何產生的呢？

核聚變

恆星在混沌的一片星雲當中橫空出世，由於它的質量巨大，其內部核心的壓力和溫度非常之高，推動了原子的運動，核聚變還是產生了。剛開始，恆星當中的氫原子進行碰撞，透過核聚變產生了氦。而氦又透過核聚變，生成了碳和氧。

質量越大的恆星，能進行的核聚變也越多。但是即使是超大質量的恆星，聚變到最後能產生的也只能到鐵元素。這是因為原子序數在鐵之前 的元素都有聚變的傾向，能夠透過核聚變來獲得更大的能量。但是鐵要進行核聚變所需的能量要非常之多，恆星內部無法達到鐵達成聚變的條件。

那麼鐵之後的元素都是從哪裡來的呢 ？

紅巨星

當太陽這樣大小的恆星過完自己的青年時期，要進入中老年時期的時候，它就會從主序星上消失，然後開始膨脹變成一顆紅巨星。紅巨星的核心當中中子會被原子核強力抓住，而鐵可以透過這種慢中子的捕獲過程來生成比鐵還要重的金屬。

然而，宇宙當中除了恆星還有許多能量非常強大的天體，比如超新星爆炸、中子星，雖然恆星的力量不足以進行更深層次的核聚變，但是恆星死亡爆發了新的巨大的能量。

超新星爆發

超新星爆發放射出的能量可能比太陽一生的能量都還要多，在如果高密度能量的衝擊下，快中子的密度也極高，鐵在這個過程中捕獲了快中子，因此許多原子序數比鐵還高的元素就出現了 。

此外，中子星的合併也產生了非常多的稀有元素，這是因為當中子潰散之後逐步衰變成了質子，重原子也產生了。

到這裡，我們就知道宇宙中的元素都是如何產生的了。最原始的構成天體主要成分的氫氣和氦氣都是宇宙大爆炸時期所形成的，而從氦往後到鐵以前的元素都能夠從恆星的核聚變中得到。因為鐵發生鉅變對能量的要求極高，恆星達不到，所以當恆星膨脹成紅巨星、甚至超新星爆發，甚至中子星合併的時候超大規模的能量產生，推動了宇宙間更重的元素的產生。

一切事物都是有源頭的。也正是因為鐵之後的元素生成條件越來越難得，所以數量往往也會越來越稀有，物以稀為貴，價格也會越來越高。

小結：

地球上的元素都是從哪裡來的呢？如果恆星的核聚變只能進行到鐵的話，那麼之後的元素是如何形成的呢？宇宙大爆炸的時候形成了氫氣和氦氣，這是兩種宇宙間最為豐富的氣體，隨著星雲聚集，恆星的出現，恆星內部的高溫高壓開始自發形成了核聚變，氫原子開始聚變。恆星的質量越大，能聚變產生的元素也越多，但是最多也只能進行到鐵。

鐵之後的重元素只能依靠更為強大的能量來生存，比如超新星爆炸和中子星合併。也正是因為這些事件在宇宙中非常少見，越難生成的元素越稀有，往往也越昂貴。

不請自來，主要的途徑有兩種一種就是超新星爆炸超新星內部會形成更高的壓力與溫度讓聚變繼續下去。還有一種就是兩顆中子星發生撞擊也會使溫度與壓力升高到一個不可思議的程度使聚變反應繼續下去生成比鐵更重的元素

我以前看過一篇有關這個的書，裡面專門講過。只能大概說一下。

核聚變

星雲形成恆星前

星雲形成恆星前

宇宙中最簡單的原子是氫原子和氦原子。因為在演變過程中的重力吸引，引起核聚變。氫就會燃燒，氦也就開始燃燒，由於氦的燃燒產生更重的元素。

碳加氦產生氧氣---》氧氣加氦產生氖---》氖加氦產生鎂---》鎂加氦生產矽---》矽加氦產生硫---》硫加氦產生氬---》氬加氦產生鈣---》鈣加氦生產鈦---》鈦加氦產生鉻---》鉻加氦產生鐵。

恆星形成

恆星燃燒

恆星坍塌

基本上，聚變反應進行到鐵時，恆星的壽命也就到頭了，核心釋放的能量不足以支撐恆星自身巨大的質量，外層物質就會高速撞向核心，核心受到突如其來的壓力後繼續聚變，生成重金屬，而撞到堅硬核心的物質向外反彈，恆星爆炸生成超新星。這個過程中，有少量重物質會跟隨噴發出來，地球上的重金屬基本就是這麼來的。

恆星是宇宙中的元素製造者，可以製造元素週期表上氫元素以外的絕大多數元素，但是恆星都害怕製造鐵元素，因為一旦開始製造鐵元素，就意味著這顆恆星將立即走向死亡。

恆星內部的核聚變基本都是從氫元素開始的，一般氫元素聚變到氦元素經歷的時間最長，比如我們的太陽，在100億年左右的時間中，進行的都只是氫元素到氦元素的聚變，當氦元素開始聚變的時候會發生氦閃，並在一瞬間釋放巨大的能量，之後太陽將進入紅巨星階段，其壽命將剩下不到一億年，在這一億年中，太陽內部的元素將聚變到碳、氮、氧等的階段，並不會聚變到鐵元素的級別上，因為太陽的質量還太小，內部的高溫高壓無法達到聚變成鐵元素的條件。

一般認為原始質量在太陽的8倍左右的恆星，進入到紅巨星階段的時候，內部的高溫高壓條件才可以聚變成鐵元素，然而到了聚變成鐵元素這個層次上的時候，聚變的過程已經不再釋放能量，而是開始吸收能量，也就是說鐵元素的聚變合成是吸收能量的，那麼當鐵元素在恆星內部形成的時候，內部向外的輻射擴張壓將消失，整個星體在引力作用下迅速向中心集中，將恆星的核心擠壓成中子星，接著巨量的物質再反彈出去，體現為整個星體的超新星爆發，這也意味著恆星的主序星階段結束了，所以超新星爆發又被叫做恆星的死亡，而鐵元素的創造又被稱之為恆星殺手。

在超新星爆發這一過程中，整個恆星將發出超過其一生核聚變釋放能量上百倍的能量，這種能量遠比恆星平時的核聚變能量高得多，所以在這一過程中，不但會有鐵元素會創造出來的，還會有鐵以上的很多種元素被創造出來，不過這些元素在被創造的時候都是吸收能量的，而且被創造的過程非常快，就在超新星爆發的一瞬間，元素週期表上鐵元素以上的大多數元素就都被創造出來了。

宇宙中還有一種方式可以創造鐵以上的元素，那就是中子星碰撞了，中子星碰撞的時刻產生的能量比超新星爆發還要大，溫度要高一倍，元素週期表上大多數的重元素都可以被創造出來，比如黃金，一般認為中子星碰撞時創造的更多。

我們地球上有形形色色的物質，它們都是由各種元素組成的，這些都是恆星的創造，包括我們的身體，實際上都是來自於恆星創造的物質，也可以說包括我們每個人在內，都是由恆星物質組成的。

不請自來 宇宙初期大部分都是氫 少量的氦 裂變到鐵一級停止 也就是鐵元素是恆星死神 更高的元素都是恆星爆炸形成的，所以說黃金等一系列貴重物質都是前一代恆星死亡留下的稀罕物，鑽石再生的成本是相對最低的。無非是炒作以後的產物！

鐵元素以上的重元素，理論表明，是為在學術上被稱為中子俘獲過程的相互作用產生的。

鐵元素聚變在恆星核聚變的整個週期裡，是一個重要的分水嶺——對於大質量恆星而言，在聚變出鐵元素時，事實上已經踏上不歸路了。

這類恆星會在鐵核的坍縮下進一步釋放巨大的重力勢能和核能，把整個恆星體炸的粉碎，即超新星爆炸。

鐵核為何如此特殊，成為恆星的殺手鐧？

鐵核之所以如此特殊，關鍵在於它很高的比結合能。

原子核是核子憑藉核力結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結合能，而比結合能為結合能和核子數（質子數+中子數）的比值，比值越大，原子核越穩定，而鐵元素是這個比值最大的。

穩定的鐵核在試圖進一步聚變時，吸收的能量大於聚變釋放的能量，巨大的恆星外殼沒了聚變輻射壓的抵抗，在引力的作用下向中心快速落下，鐵核被整個外層恆星體擠壓拍碎，瞬間釋放落下的巨大重力勢能，恆星由此被炸的粉碎。

產生比鐵元素還重的重元素的中子俘獲過程是什麼？

在恆星中心，壓強極大，溫度高達數千萬攝氏度，氫核以極高的速度到處碰撞。但即便如此，如此巨大的動能在克服氫核（質子）之間的庫侖力進行核聚變仍有困難。

但微觀粒子的行為在細微的時空結構下具有的量子隧穿效應，使得質子在突破庫倫壁壘進行核聚變時，變成了一種機率行為，大量的碰撞使得聚變成為了可能。

庫侖力使得聚變變得困難，但量子隧穿效應使得聚變又成為可能。

在超新星爆發的過程中，會釋放大量的中子，中子不帶電，這是我們中學課本里就知道的，因此中子之間也不會有庫侖力。這樣一來，核子在結合中子時就變得容易多了，於是就能俘獲大量的爆發產生的中子，使得整個核子（鐵原子核）的核子數增大。

這樣的核子並不穩定，為了保持穩定，核子會發生弱相互作用，進行β衰變，所謂的β衰變，可以理解為中子變成質子的過程，這樣一來，質子數增多了。

現在天文學界呼聲最高的宇宙起源方式要數宇宙大爆炸了，在宇宙大爆炸之後我們的宇宙中並沒有像我們元素週期表中那麼多種元素，只存在大量的氫元素以及少量的氦元素。所以氫元素作為我們宇宙中最基礎元素，科學家也試圖著藉助氫元素去尋找我們宇宙的邊界。

恆星的聚變及鐵以上元素的形成

在宇宙大爆炸之後，原始恆星們開始在星雲中誕生，一顆恆星從形成開始就時時刻刻發生著核聚變，而聚變都是從我們宇宙最基本的元素氫元素開始。之後氫元素開始在高溫高壓的條件下聚變成氦元素。

氦元素繼續聚變形成質量更重的新元素，聚變的反應就這樣一直持續下去，形成比上一階質量更重的元素。當然聚變反應生成比上一元素質量更重的情況不會一直持續下去，當一顆恆星的核心聚變生成鐵元素時，這

顆恆星繼續生成新的元素的反應就會停止(當然不是每顆恆星的核心都有可以形成鐵元素的權利，只有大質量恆星可以做到這一點，且這些恆星的壽命會短於一般恆星)。鐵元素的性質較穩定幾乎不會再去參與聚變反應。這時沒有了聚變反應所向外輻射的能量來源，恆星引力會佔據主導地位，恆星的穩定性會急劇下降，因此發生超新星爆發。而就是每一顆鐵核心的恆星在它生命完結的這一刻，在它爆發的一瞬間製造出了鐵以上的其他元素，並且將它們拋散到宇宙各處。

就這樣在元素週期表上鐵以上的元素產生了(人造元素除外)。恆星作為宇宙大爆炸後早期出現的天體，它不僅為這個宇宙製造出了多種多樣的元素，更為智慧生命提供著能源(比如太陽與人類)，同時它們在生命的最後一刻還會演化為矮星、中子星又或者是黑洞這樣在宇宙中起著重要作用天體。

中子星碰撞合併形成新元素

據科學家探索發現中子星雙星系統在碰撞合併時產生的高溫高壓要比恆星發生超新星爆發高的多，所以中子碰撞合併也會形成鐵以上的元素。而一部分質量較重的元素大部分就是由中子星碰撞合併產生的，小部分由恆星發生超新星爆發產生。

比鐵元素質量更大的元素都是超新星爆炸產生的，就恆星普通核聚變是沒有辦法產生比鐵元素質量更大的物質，主要就是能量達不到。超新星爆炸產生的能量是恆星的百萬倍，一瞬間就可以大量產生各種重元素。

鐵元素以上的元素只有在超新星大爆炸或大質量天體碰撞中產生，在恆星本身的熱核反應中無法產生。

這是因為鐵元素聚變不但不會釋放能量，相反還要吸收能量，而垂垂老矣的恆星哪裡有多餘的能量給這位鐵頭陀呢，於是聚變就停止了。中心再也沒有能量維持巨大的引力壓力，巨大的恆星外圍急劇向中心坍縮，這種坍縮是驚人的，速度達到近半光速甚至接近光速。

恆星物質以這麼驚人的速度撞向那個鐵頭頭陀，那個大鐵球還要奮力抵抗，亞光速衝擊鐵核心的物質反彈回來使恆星外殼急劇膨脹，這樣驚天動地的大爆炸就不可避免了。這種爆炸會在幾十個毫秒之間發生，爆發出恆星一生所發出能量總和若干倍。2016年1月發現的一顆超新星爆發亮度達到太陽的5700億倍，比銀河系所有恆星亮度加起來還要亮20倍。

超新星這種巨大的能量爆發，無可估量的高溫高壓當然會使頑固的鐵元素向更重的元素聚變，由此金銀汞鉛等，一直到鈾就這樣生成了。

這些物質在大爆炸中拋灑到了太空，被巨大的衝擊力震碎為齏粉，甚至原子態，成為宇宙中的次生星雲，這種二次星雲在某些機緣巧合下，比如附近發生的超新星大爆炸或者天體大碰撞，在這些引力波的擾動下，依靠自身引力又會聚集起來，形成新的恆星和行星天體，這樣這些天體中就不乏重金屬了。我們地球就是這樣形成的。

產生重金屬的渠道還有天體大碰撞，如中子星大碰撞、黑洞與各種天體大碰撞等等，都會爆發巨大的能量，在這些能量的打壓下，重元素就會應運而生。2017年全世界很多科學家觀測到距離我們1.3億光年遠一對中子星發生碰撞的引力波，這隻碰撞事件導致甩到太空中的黃金渣滓達到300個地球質量之多，不得了吧？

一直以來，這些漂浮在太空的重金屬常常會以隕石方式掉向地球。

地球上的重金屬來源有兩個方面，一個是太陽系形成時地球滾雪球裹挾進來的，一個是後來在不斷的隕石轟擊中得到的。現在地球每天還在接受成千上萬噸的宇宙渣滓的轟擊，以流星和隕石的方式來到地球，其中當然也不乏黃金等貴金屬。

所以說，天上掉餡餅的事並不全是騙人的，如果看有哪位明天願起早一點，或許就會撿到天上掉下來的狗頭金也未可知，那就中大獎了，在此先行祝賀。

對超新星的研究證明了宇宙中所有的元素，都是透過能量轉化而來的，從最開始的輕元素氫和氦，到後面的重元素，都是從大爆炸或熱核反應中生成的。

這些事實進一步證明了愛因斯坦質能方程的無比正確，這個著名的方程表達為：E=mc^2

這就和化學反應有吸熱反應和放熱反應一樣，核聚變有釋放能量的，也有吸收能量的。

核聚變一直到鐵元素是釋放能量的，再往上聚變就需要吸收能量。只要有足夠的能量，鐵元素以上的核聚變完全沒有問題，在天體最後的爆發過程中(如超新星爆發)，就有吸收能量的核聚變發生。

釋放能量的核聚變不能自發發生，因為這些反應都是先吸收能量，後釋放能量，差值就是淨能量。

這也和化學反應一樣，氫氣可以和氧氣燃燒生成水，並放出大量熱，但必須先提供能量點燃它。我們還能給水提供能量，讓它重新變為氧氣和氫氣。

只能說釋放能量的核聚變到鐵停止，沒有能量限制，就可以繼續聚變。