一顆典型的恆星開始時是一團薄薄的氫氣，在重力的作用下，聚整合一個巨大而緻密的球體。當新星達到一定大小時，一個叫做核聚變的過程點燃，產生恆星巨大的能量。聚變過程迫使氫原子聚集在一起，將它們轉化為更重的元素，如氦、碳和氧。當恆星在數百萬或數十億年後死亡時，它可能會釋放出更重的元素，如金。

核聚變是原子核在巨大的熱和壓力下被壓在一起形成更重原子核的過程。因為這些原子核都帶正電荷，而且同性電荷互相排斥，所以只有當這些巨大的力存在時，核聚變才會發生。例如，太陽核心的溫度約為1500萬攝氏度(2700萬華氏度)，壓力是地球大氣的2500億倍。這個過程釋放出巨大的能量——是核裂變的十倍，是化學反應的一千萬倍。

恆星的演化

在某個時候，恆星將耗盡其核心的所有氫，所有氫都變成了氦。在這個階段，恆星的外層將會膨脹形成一個被稱為紅巨星的東西。氫聚變現在集中在核心周圍的殼層，隨後，隨著恆星再次收縮和變熱，氦聚變將發生。碳是三個氦原子核聚變的結果。當第四個氦原子加入混合物時，反應產生氧氣。

元素生產

只有較大的恆星才能產生較重的元素。這是因為這些恆星的溫度比我們太陽這樣的小恆星高。氫在這些恆星中耗盡後，根據產生的元素型別，它們會經歷一系列的核燃燒，例如氖燃燒、碳燃燒、氧燃燒或矽燃燒。在碳燃燒中，元素透過核聚變產生氖、鈉、氧和鎂。

氖燃燒時，會熔化併產生鎂和氧。氧反過來產生矽和元素週期表中硫和鎂之間的其他元素。反過來，這些元素又產生週期表上接近鐵的元素——鈷、錳和釕。鐵和其他較輕的元素然後透過上述元素的連續熔化反應產生。不穩定同位素的放射性衰變也會發生。一旦鐵形成，恆星核心的核聚變就停止了。

比我們太陽大幾倍的恆星在生命結束時耗盡能量時會爆炸。在這短暫的瞬間釋放的能量使這顆恆星的一生相形見絀。這些爆炸有能量產生比鐵重的元素，包括鈾、鉛和鉑等。

宇宙中最初的元素，那就是1號元素氫與2號元素氦，其中，氫在宇宙中的丰度佔據了起初物質的75%，剩下25%的就是氦，沒有其他元素，至少是在當前的理論中是沒有其他元素的，因為氫氦以上的元素都是在恆星形成之後才得以聚合誕生的。

恆星是宇宙中的氫氦氣體堆積聚合，然後再透過引力的作用將它們周邊更多的氫氦氣體吸納過來而成的一種巨大的氣體團，當氣體團的質量大到一定程度，引力收縮致使其內部高達可啟動核反應的溫度條件時，氣體團也就燃燒起來了，這時它也就形成了恆星了。恆星的燃燒本身是一種核聚變的反應，起初的聚變方式是氫（H）聚合成氦（He），然後再進一步聚合成碳（C）→氧（O）→氖（Ne）→鎂（Me）→矽（Si）→硫（S）→鈣（Ca）→鐵（Fe）。對這一點，我們需要清楚的是，我們的太陽雖然也是恆星，但是它沒辦法擁有這樣的能力，它本身所具有的質量最終只能聚合到碳氧白矮星這一步，即它最終所能達到的核聚變溫度只能是完成聚變到碳跟氧元素而已，只有8倍太陽質量以上的恆星才能完成以上這一條最終生成鐵（Fe）的鏈。

因此從恆星本身的聚變中誕生出鐵以上的元素，那幾乎是不可能的（不過有理論說，一些超大質量的恆星，在末期有可能會生成這種恆星聚變後期可能質量更大的鈷（Co）和鎳（Ni））。那麼，一個很多人都想知道的問題，我們地球上比鐵元素大的元素是從哪裡來的？

要說這個問題，我們先要明確一點的就是，實際上我們的太陽至少是屬於二代恆星了，二代恆星的意思就是，它的誕生是建立在初代恆星死亡後的物質基礎上形成的。正因為太陽是二代恆星，所以這才會有像了我們地球，火星，金星，水星，月球以及其他的巖類行星的存在，假如太陽是初代恆星，那在太陽的形成之處周邊廣闊的宇宙空間將全部都是由氫和氦組成的星雲，在太陽還沒形成紅巨星將其外殼丟擲來之前，太陽系之內幾乎是不可能會出現氦（He）以上的元素的。因此，我們太陽系的物質基礎必然就是其他恆星死亡後所留下的殘骸，可是前面說過了，恆星的演變最終也只能到鐵（Fe）為止，鐵以上的元素到底是從哪裡來的？

宇宙中鐵以上的元素是由超新星爆發而產生的，因為只有超新星爆發時所具有的溫度才能再將氣體的元素進一步的聚變鐵以上的重元素，因此，無論是我們地球還是什麼其他的宇宙空間中，比鐵重的元素均來自於超新星的爆發。

超新星爆發是一些大質量恆星演化至末期時所發生的一種劇烈大爆炸。當大質量恆星末期內部的核聚變停止了，它失去了可抗衡引力收縮的熱膨脹力，這時的力失去了平衡而致使星體全部的物質往中心坍縮，大量的引力勢能得以在短時間內突然且大量的釋放，最終導致整個恆星失控而產生爆炸。在超新星爆炸的過程中，其所產生的溫度是其一生前所未有的，也正是這瞬間所產生的前所未有的溫度才藉機合成了大量比鐵重的元素。

超新星的爆炸將它爆炸時所產生的大量重元素給拋向了廣闊的宇宙空間，其中就有大量的拋到了我們太陽系。據一些研究理論推測，正是因為超新星爆炸時將其大量含重元素的物質給推向我們太陽系形成前的氣體塵埃，然後將這些氣體塵埃集聚成團，最終才慢慢地演化出了太陽，地球，火星，木星以及其他的系內星球。其實這也就是為什麼我們太陽系內的絕大部分星球是在同一時期形成的原因，因為在有超新星爆炸推動干擾太陽系內的氣體雲的時候，氣體雲才能更快速地聚合旋轉，太陽，以及各大行星才在這個時候因物質的堆積而越變越大，然後都依靠它們集聚起來的引力將它們周邊的物質給吸納了，最終也才形成了今天的這副模樣。

地球

如果僅僅從元素的角度來看，地球在宇宙中絕對是異類。為什麼這麼說呢？

在宇宙中，99%以上的元素其實都是氫元素和氦元素，它們是元素週期表最靠前的兩個元素。而地球上的氫元素都是來自於此。

氦元素絕大部分來自於此，還有少數來自於放射性α衰變的產物。

但我們要知道的是，在地球上氫和氦的佔比並不高，地球上還存在大量其他元素，也就是說，構成地球的主要元素都集中在宇宙中那不到1%的佔比的元素當中，地球簡直就是一個稀缺的存在。這也是為什麼地球不是一個氣態星球，而是一個岩石星球的主要原因。也就是說，地球自打形成的那一刻起，就戰勝了宇宙99%以上的玩家。

不過在太陽系中不僅僅地球是這樣，水星，金星，火星也是如此。那這些重元素是從哪裡來的呢？實際上主要有三條路徑，分別是：

接下來，我們一個個說一下。

在宇宙中，鐵元素之前，氦元素之後的這些元素的主要來源是恆星的核聚變。一般來說，恆星一開始是氫和氦構成的，並且質量巨大，在引力的作用下，核心溫度和壓強急劇升高，在隧穿效應的作用下，引發了溫和的核聚變反應。這時候的恆星更像是一個元素的煉丹爐，一開始的燃料是氫原子核，爐渣是氦原子核。也就是說，原子序數升了一位。這個過程主要有兩個路徑，一個叫做碳氮氧迴圈，一個叫做質子-質子反應鏈。無論是哪種，本質上都是氫原子核核聚變反應生成氦原子核。

而但恆星核心的氫原子核燒的差不多時，並且恆星的質量足夠大時，恆星就會進行換擋，引力進一步壓縮核心，使得核心足以引發氦原子核的核聚變反應。因此，此時的燃料是氦原子核，爐渣是碳原子核和氧原子核。

同樣的道理，如果氦原子核燒的差不多時，並且恆星的引力也足夠大時，就會繼續引發碳原子核的核聚變反應。

就這樣，只要質量足夠大，就可以繼續引發核聚變反應，一直達到鐵原子核。你可能要問了，為啥會到鐵原子核？

實際上，如果我們從原子核的角度來看，鐵原子核是最穩定的原子核，沒有之一。我們也管這個叫做比結合能最大。說白了，就是掰開或者聚合出一個鐵原子核的難度是最大的。

這也使得鐵原子核的核聚變反應條件特別苛刻。

一些特大質量的恆星，實際上能夠達到鐵核聚變的反應條件，但與此同時，整個恆星會變得非常臃腫，由於溫度實在太高，各層都會相繼進行核聚變反應。在此之前，恆星的核聚變可是一直都在核心進行的。

當真的到達了鐵原子核核聚變的條件時，光子會擊碎原子核，釋放出質子和中子，質子會和自由的電子結合生成中子和中微子，同時核心在引力的作用下收縮，如果中子的簡併壓能夠扛住引力，那麼就會成為一顆中子星，如果扛不住，就會形成一個黑洞。

上文我們也只是說了恆星的核心的演化，實際上，幾乎與此同時，恆星會發生劇烈的超新星爆炸，並且生成大量的原子序數高於鐵元素的原子。不僅如此，這些元素會被拋灑到太空當中成為星際物質。

實際上超新星爆炸所產生的高順位元素也只是一部分而已，像金元素、銀元素等穩定的元素，並不完全都是依靠超新星爆炸。依照目前最新的研究結果，科學家發現，這些元素更多的是來自於中子星的合併。

中子星的合併在宇宙中是極為罕見的現象，也因此，這類元素的含量佔比是極其低的，物以稀為貴，所以說，金子那麼貴並不是沒有道理的。

地球自身的引力不足以引發地球核心產生核聚變反應生成新的元素。因此，地球上的元素都是上一代恆星演化過程中留下來的。也就是說，在46億年前，太陽系附近的位置，很可能存在一顆大質量的恆星，後來發生了超新星爆炸，而地球上的這些原子序數很高的元素就是來自於這顆恆星和超新星爆炸拋灑出來的星際物質。

但這裡就會有個問題，那咋沒有留下一個黑洞或者中子星呢？

目前來看，很有可能是太陽原本並不在銀河系內。其實在距今134億年就銀河系初見規模了，但並不像現在這樣，現在的銀河系是“吃”出來的。說白了就是吞併其他的星系。而太陽有可能是因為被銀河系吞併才來銀河系內部的，這也就能解釋為什麼太陽系周圍沒有留下一個中子星和黑洞。不過，這目前也只是一種猜測，並沒有得到證實。

天文學與粒子物理學

20世紀初，隨著相對論和量子力學的提出，人類觀測技術的提升，人類對於宇宙的認知也就相應的提升。

這時候就出現了一些問題，那就是宇宙的起源和物質的起源，這些都成為了科學家們的觸手可及的命題。但是當時很多科學家是一頭霧水的，因為他們不知道用什麼樣的手段去研究這些課題。後來，一群粒子物理學家加入到了這個研究行列當中。其實當時很多人都覺得這根本就是風牛馬不相及的。

畢竟，粒子物理學家們都是研究小尺度的問題，可是宇宙的一些問題，都是大尺度上的。可萬萬沒有想到的是，正是這些粒子物理學家實現了天文學，物理學雙重的大跨越。他們利用核物理學解決了“太陽為什麼會發光？”、“宇宙是如何起源的？”等問題，其中他們把元素的起源和恆星的演化合併成為了一個問題來解決，並且最終解決了這些問題。

我們要知道的是，地球的核心溫度不到6000度，地球自身是沒有辦法合成元素的。地球上的元素實際上都要比地球年長許多，至少都有45億年以上的壽命，來自於至少是上一代甚至是上兩代的恆星。那具體是咋回事呢？

我們都知道，恆星的燃燒本質是核聚變反應。但是實際上這個核聚變和我們地球上人類發明的氫彈是不太一樣的。人類要點燃一顆氫彈，一般會像點著原子彈，原子彈可以創造出一億度以上的環境，這時候就可以達到氫彈的引爆條件。

而宇宙中絕大多數的恆星核心是達不到這個溫度的，就拿我們的太陽來說，太陽核心的溫度僅僅只有1500萬度。這距離1億度的要求還想去深遠，理論上點不著的。

那為什麼太陽還能燃燒呢？

不知道你有沒有想過，太陽為什麼沒有像氫彈那樣一下子全炸了？

這其實是一個問題。太陽的溫度足以點燃核聚變反應。但是由於太陽是等離子態，意思就是說，其中的原子核，電子等粒子是自由移動的。電子已經擺脫了元素的束縛。這就意味著原子核就有一定的機率發生核聚變反應。

但是由於原子核都是帶正電，同種電荷相排斥，所以這個反應從宏觀的視角來看是不可能完成的，這需要輸入大量的能量才有可能實現。可是在微觀世界中是和宏觀稍稍不同的。微觀世界中存在著一種量子隧穿效應，意思是說，即使需要大量能量才能實現的反應，在微觀世界裡也有極低的機率會發生。這個機率大概就是一對原子核發生核聚變需要10億年左右的時間。關鍵是太陽足夠大，粒子數足夠多，所以這個反應就會被點燃，但是隻能慢慢地反應，而不能氫彈那樣一下子全炸了。

在恆星內部，首先發生的反應是氫原子核的核聚變反應，生成的氦原子核。在核心氫原子核燒得差不多時，恆星核心會在引力的作用下極度收縮，直到誘發氦原子核的核聚變反應，生成碳原子核或者氧原子核。（這裡補充一點，有的恆星質量不夠，所以引力不夠，就不會誘發這個反應，後面也是一樣的。）

當氦也燒完之後，就會繼續碳原子核和氧原子核的核聚變反應。你就應該能感覺到，這個過程就是不斷的生成原子序數更大的元素。

只要恆星的質量足夠大，就可以一直沿著元素週期表原子序數增大的方向合成原子序數更大的元素，一直到鐵元素。

鐵原子核是最穩定的原子核，這意思是說，想要讓鐵原子核發生核聚變反應是十分困難的，需要輸入大量的能量。

但是隻要恆星的質量足夠大，就還可以引爆自身，這也就是超新星爆炸。在這個過程中，就會產生一部分原子序數比鐵更大的元素。

而在超新星爆炸的同時，恆星一般會留下一個中子星或者黑洞。

它們都是宇宙中緻密的天體。其中中子星如果和另外一箇中子星相遇，就會發生合併。

在這個合併的過程中，還會產生大量的原子序數比鐵原子大的元素，比如：金和銀。這其實也是為什麼鐵元素之後的元素都比較少的原因。

也就是說，地球上的這些比原子序數比鐵元素更大的元素其實來自於上一代恆星的超新星爆炸，或者來自於更上一代的恆星的超新星爆炸。甚至有可能是來自於一場中子星的合併。

形成地球的時候，（例如超新星大爆炸中剩下星雲物質中就有含有重元素）星雲物質中就含有比鐵元素大的重金屬的元素，