“我們不只身處在宇宙中，我們還是宇宙的一部分。”——尼爾·德格拉斯·泰森

宇宙的故事就是我們所有人的故事，我們都擁有和分享著同樣的宇宙歷史。從138億年前，一個熾熱、稠密的狀態，即所謂的熱大爆炸，經過數十億年的宇宙演化，形成了我們今天所看到的宇宙。我們都知道宇宙中充滿了各種豐富的元素，而且現在也知道了星雲中存在有機分子，那麼這些有機分子是如何形成的？這對宇宙生命的起源至關重要。

大爆炸下的核合成

早期的宇宙充滿了物質、反物質和輻射，但是在物質和反物質之間存在一種不對稱性。在宇宙膨脹到一定溫度下，反物質會與絕大多數物質一起湮滅，最後只留下極少數不對稱的物質（不到十億分之一）依然沐浴在宇宙輻射的海洋中。

隨著宇宙的膨脹，光子密度的稀釋和波長被膨脹的空間拉長，輻射溫度會不斷下降。在某一時刻，兩種物質粒子質子和中子就可以融合在一起，而不會被輻射粒子（主要是光子）炸開。這樣宇宙就誕生了第一批原子核，也是宇宙最初的核聚變。

宇宙初期的核聚變反應提供了我們現在所擁有的一切物質來源，但是宇宙在持續膨脹，這也意味著這時的宇宙很難擁有足夠的密度或能量創造出更重的元素。在大爆炸後的最初幾分鐘，宇宙可以創造出大量的氦，以及少量的鋰和鈹，但僅此而已。

從比例上看，宇宙早期的核融合為我們帶來了92%的氫，8%的氦，其他所有元素的總和不足0.0000001%。如果我們想要擁有生命所必需的元素碳、氮、氧、磷等等，我們就必須超越宇宙的早期階段，快進到恆星的形成時期！

原始氣體雲坍縮形成恆星的品質越大，核聚變融合出來的元素就越重。而且恆星品質越大，消耗燃料的速度就越快！像太陽這樣的恆星會將氦聚變成碳、氮和氧，而像天狼星（天空中最亮的星星）這樣的大品質恆星會將這些元素進一步聚變成矽、硫，一直到鐵、鎳和鈷。

當類太陽恆星耗盡其核心燃料時，在死亡的最後階段，會將自身很大一部分品質拋灑到行星狀星雲中，這也包括其一生中創造的所有比氦重的元素。

但是其他更重的元素絕大多數都來自於大品質恆星死亡時，產生的核坍縮型超新星爆發，也稱為Ⅱ型超新星爆發！當一顆品質超過太陽8到10倍的恆星，在幾百萬年的時間裡燃燒完所有的核燃料，其核心會坍縮成中子星或黑洞，並且在超新星爆發中會摧毀恆星的其他部分。元素週期表中前28種元素中的大部分都來自Ⅱ型超新星，這些元素在星際介質中可以形成下一代行星或者恆星。

但是在Ⅱ型超新星爆發的過程中會出現出大量的自由中子，這些自由中子會創造出更重的原子核，一路直達元素週期表中的鈽，甚至可能還會出現更重的元素！至此宇宙就為我們創造出了元素週期表中的所有元素。

這些元素將在下一代的恆星、行星和宇宙中繼續存在。但是從原子核到我們今天所知的充滿生命的世界還有很長一段距離。下面我們就要說到一些天體化學的基礎知識，或者這些恆星創造出來的元素是怎樣結合在一起形成宇宙中的分子的。

我們在宇宙中發現了哪些分子，這些分子如何形成的

從許多代的恆星中，宇宙產生了大量的元素，人類也花了很長的時間把這些元素組織成了元素週期表。這些元素在你我身上都能找到，而在太空中，這些原子並不是簡單地漂浮著什麼都不做。它們會相互作用，形成各種我們熟悉的外來分子。下面讓我們來看看到目前為止我們在地球之外發現了哪些化學物質？

天體化學家到底在找什麼？其實與環狀星雲等行星狀星雲中特定元素的光吸收和發射特性類似，分子也能吸收能量，發射分子特有頻率的光。

一個分子吸收或發射光的波長取決於分子中的原子在吸收或發射光之前和之後的行為。分子中的原子可以以各種方式相互振動，或者整個分子可以作為一個整體開始或停止旋轉。

研究原子和分子吸收和發射的能量現在是一門被稱為光譜學的獨立科學領域。科學家們已經能夠通過光譜來檢測外太空分子發出的紅外和毫米波長的光，從而發現宇宙中形成的分子特性（有時甚至能知道其濃度）。

科學家目前已經建立了非常強大的望遠鏡，如赫歇爾空間天文臺，斯皮策太空望遠鏡和地面上的阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波陣列（ALMA）望遠鏡，來研究離我們較近宇宙中的天體化學成分。

那麼到目前為止，科學家們在浩瀚的太空中發現了什麼呢？下面是一些已經被確認的分子，而且在地球上也很常見。

那麼讓我們來看看當一顆恆星死亡時所產生的元素會發生什麼變化，然後這些元素又會被迴圈利用，形成一顆新的恆星或行星！下圖為：恆星IRC +10216。

這顆恆星的品質曾經是太陽的3到5倍，目前這顆恆星正處於變成白矮星的後期階段，並且正在把最外層物質吹到星際空間中。科學家在研究這顆恆星時注意到其周圍有大量的化學物質，甚至能夠繪製出其中一些化學物質的位置。

科學家已經繪製了數百光年外IRC +10216恆星的分子組成。這張地圖也使科學家們能更加詳細的洞察這顆恆星在其衰亡時刻的演化過程。

在恆星核心附近我們觀察到了NaCl，和我們廚房裡的鹽一樣，由於溫度非常高NaCl處於氣態。還有MgNC是另一種類似NaCl的金屬鹽。其他分子如HC5N和C4H也被觀察到了。

當這顆恆星最終成為白矮星時，白矮星發出的紫外線通常會導致許多以前形成的氣體分子分解，但科學家觀察到，一些分子在高輻射的環境下仍然能夠結合在一起。

這就是天體化學的味道！我們的宇宙充滿了奇妙的恆星，它們融合了大爆炸期間產生的氫和氦並形成重元素，在超新星和行星狀星雲中形成有機分子，最後將這一切再迴圈為下一代恆星、行星，甚至是你和我。現在當你仰望夜空的時候，你應該記住，宇宙中除了有豐富的元素以外，還有很多有機分子，這些都是構成生命的基礎。