從元素到生命
探秘
作者：張唯誠
璀璨的繁星打造了我們這個五光十色的世界，這其中就包括我們自己。我們身體中的每一個原子都要麼是恒星內部核聚變的產物，要麼是兩顆恒星相互碰撞的結果。
每當美國印第安納州立大學的天文學家凱瑟琳·彼拉奇奧斯基（Catherine Pilachowski）使用望遠鏡觀察星空時，她都能看到那些正在走向死亡的紅巨星，還有爆炸後的恒星殘骸。彼拉奇奧斯基很關注這樣的天體，因為她知道，它們與自己有著無法分割的關聯。
人體中的每種物質都來自於某種元素，這些元素由恒星製造。我們每天必需的食物和日常用品，我們的自行車和手機，我們所見的每樣東西——石頭，植物，動物，海洋中的水，空中流動的風……都來自於遙遠的恒星。每顆恒星都是一座巨大而又長壽的“熔爐”，它們酷熱異常的核心使其中的原子相互碰撞而產生新的元素。到最後，多數恒星會爆炸，它們將元素噴射到宇宙中非常遙遠的地方。
新產生的元素在恒星的碰撞中繼續演變，這個過程非常複雜，但人們對它的了解也已大致明朗了。就在不久前，一組天文學家發現了來自早期宇宙的“亮光”，這束亮光產生於宇宙形成不久後的一個星係，這個星係像一座特別的“恒星工廠”，能以極快的速度製造恒星。這個發現使天文學家們豁然開朗，他們明白了，為什麼宇宙能有那麼多元素製造那麼多東西，包括太陽係、地球上的生命和我們自己。
始於“原點”
元素是構建宇宙的基本材料。我們的地球擁有92種自然的元素，如碳、氧、鈉、金等，它們的原子都是小得驚人的粒子。每個原子都像一個太陽係，中間的核由束縛在一起的粒子組成，這些粒子被稱為質子和中子。核中的粒子越多，這個元素就越重。
最輕的元素是氫，隻有一個質子，是第1號元素；氦有兩個質子，是第2號元素；人和其他生物含有大量碳和氧，它們分別是第6號和第8號元素；鈣大量存在於骨頭中，是第20號元素；鐵是第26號元素，它使我們的血液呈現紅色。在元素周期表底部的自然元素是鈾，它是自然界的“重量級”元素，有92個質子。科學家們很想在實驗室裏製造更重的元素，然而極少成功而且它們壽命極短。
宇宙雖然製造元素，但並不是一開始就製造了這麼多元素。物理學家們認為，所有的東西，包括光都來自於大約140億年前發生的宇宙大爆炸，這個爆炸發端於一個比芥菜籽還小的“原點”，其密度和熱度大得難以想象。這個爆炸啟動了宇宙膨脹，將物質散布到四麵八方。
美國亞利桑那州立大學的天體物理學家史蒂文·德施（Steven Desch）說：“宇宙大爆炸發生後，隻出現了氫和氦，而其他90%的元素，宇宙用了很長的時間才製造出來。為了製造這些更重的元素，擁有更輕原子核的原子必須發生融合，這樣的核聚變要求極高的溫度和壓力，而這，隻有恒星才能做到。”
從“原星係”到恒星
然而，在宇宙大爆炸發生後的幾億年裏，宇宙中並沒有恒星，隻有一些巨大的氣體雲，它們的組成90%是氫，剩下的是氦。隨著時間的推移，引力將氣體分子彼此聚攏，氣體雲的密度越來越大，溫度越來越高，於是，它們開始逐漸地聚成球狀的一團，這就是早期宇宙的“原星係”（protogalaxies）。在原星係中，物質繼續聚集，有些地方的密度變得相對地大起來，形成了密集的團塊，這些團塊經過進一步發展後才變成了恒星。在原星係中，恒星就這樣相繼地誕生，我們的銀河係和其中的恒星也是這樣形成的。
恒星出現後，它們開始將較輕的元素變成更重的元素。一顆恒星的溫度越高，它製造的元素就可以越重。太陽中心的溫度為15000000攝氏度，聽起來似乎熱得很，但在宇宙中卻很平常，所以像太陽這樣一顆中等大小的恒星不具備足夠的溫度製造比氮更重的元素，大體上說，它們主要製造氦。
要製造更重的元素，宇宙中的“火爐”必須比我們的太陽大得多，也熱得多。例如，一顆恒星要想製造鐵（第26號元素），它便至少要比太陽大8倍；假若它還想製造比鐵更重的元素，它便必須通過更劇烈的行為才能做到。
有一種劇烈的行為能製造比鐵更重的元素，例如鉑（第78號元素）和金（第79號元素），這種行為就是碰撞。2013年6月，哈勃太空望遠鏡觀察到了兩顆致密天體——中子星的碰撞，天文學家們接收到了由碰撞產生的光，從而獲得了碰撞發生時的化學信息。這些信息顯示，這次碰撞產生了大量黃金，其質量相當於月亮的好幾倍。由於在一個星係中，類似的碰撞大約每一萬至十萬年會發生一次，所以天文學家們認為，這次觀測到的碰撞可以解釋宇宙中所有黃金的來源。
恒星的“死亡”