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「我們是破碎的星星」——這是我一生中讀過最美的句子之一。卡爾·薩根寫下並總結道：「我們的DNA中的氮、牙齒中的鈣、血液中的鐵、蘋果派中的碳都是由恆星的內部元素形成的，因而我們是由恆星組成的。」
獵戶座星雲，離我們最近的恆星保育中心之一。（圖片來源：Peresanz/Fotolia）
構成生命的元素是恆星在遭受可怕的爆炸性毀滅後的灰燼。所以，在某種程度上，他們死了，你我才得以降生。然而，並不是周期表中的所有元素都是在恆星的中心產生的。一些是在恆星之外自然形成的，其餘的則是由我們創造的。那麼讓我們首先了解一下，一些基本的元素是如何在恆星核心中被創造出來的，這首先需要我們去認識恆星的生命歷程。
自然元素
最輕的元素氫和氦是大爆炸後塵埃沉降時產生的。一顆新生的恆星主要是由這種氫氣體自身坍塌而成。這種坍縮，加熱氣體並迫使其原子劇烈碰撞。碰撞進一步加熱氣體，最終氫原子不會再碰撞和反彈，而是融合形成氦原子！
氦原子的質量小於兩個氫原子的質量之和。剩餘的質量以能量的形式被釋放，其大小由愛因斯坦的質能方程（E=mc^2）給出。雖然對於一個單一的聚變反應來說，這個量值可能很小，但累積的總量是巨大的，整個過程叫做核聚變。這個使恆星發光的原理，在具有毀滅性的氫彈中以一種可控的方式被複製。
圖解：氫原子聚變反應
最終，恆星耗盡了燃料——所有的氫。然而，高壓和高溫現在迫使氦原子融合併形成鈹！最後，鈹原子被高溫高壓融合，形成碳，然後再形成氧等等，直到鐵在核心被合成出來。在這時候，恆星的質量異常巨大，是太陽質量的兩到三倍。然而，它不能再抵消重力的壓縮，因為鐵不能進一步的融合。在沒有燃料和熱量來造成膨脹的情況下，恆星開始冷卻並收縮。
在恆星生命的最後階段，由於所有較重的元素都聚集在一個半徑只有10英裡的球體中，所以每立方英寸的恆星，其密度可以達到數百萬噸。然而，進一步的收縮會將恆星壓縮到變成一個密度無限大的點！但在塌縮成黑洞之前，它會以大約一百萬（10^27）枚原子彈的能量劇烈爆炸！
圖解：最遠伽馬射線爆發-超新星在短時間內釋放出巨大的能量，使它們成為宇宙中能量最大的事件。（圖片來源：eso/a.roquette/wikipedia commons）
恆星的爆炸性死亡被稱為超新星，這是我們在太空中能看到的最巨大的爆炸。核心內的所有元素都被劇烈地分散到周圍環境中。更重要的是，釋放出來的熱量太高，以至於這些元素發生了核反應，這在之前的內核中是不可能的。這些元素被自由的中子轟擊，從而產生更多的元素。鐵變成金，然後變成鉛，直到鈾形成，鈾是最重的自然合成元素。由此，破壞帶來了創造。
人造元素
整個太陽系是由類似的由超新星散布的碎片所形成的。你能想像，積累起來的塵埃和碎片數量驚人，不僅形成了太陽，而且形成了八顆行星和一個圍繞太陽旋轉的矮星嗎？
然而，正如我所說，並不是所有元素都是在核心或恆星外部形成的。鈾是第92種元素，那麼其他27種元素是如何產生的呢？雖然鈽元素和錼元素可以在超新星中合成，但它們的痕量可能並不豐富。這些元素可以自然合成。也許恆星創造的元素比我們所能創造的要重得多，但是這些元素不能保持超過幾微秒——因為它們會立即衰變為較輕的元素。
圖解：鋂衰變
當技術足夠的時候，人類就掌握了自然法則。比鈾重的元素是通過在回旋加速器中簡單地用高速中子轟擊鈾而產生的。連鎖反應隨之而來，可能涉及多達17個中子。然而，這一過程也可能發生在「天然」核反應堆或地球下的鈾重沉積物中。地球上僅有少量的鈽和銫存在於鈾礦床中，它們是在十億年前的鈾與自由中子碰撞時形成的。
然而，鐨（100）是最後一種可以通過核轟擊創造的元素。超重元素只有在粒子加速器發展得比回旋加速器更先進之後才能產生。新的元素不是僅僅用中子轟擊現存的原子就能產生的，而是要用整個原子。例如，氦（2）和鑀（99）或鍩（102），氖（10）和鈾（92）融合合成鍆（101）。或者，最後的第118種元素，氣奧，由鉲（98）和鈣（20）融合而成。
圖解：鋼鐵俠2粒子加速器場景-託尼·斯塔克在自己家裡建造了一個粒子加速器，合成了漫威宇宙中最強的元素——振金。要是只有這麼簡單就好了。（圖片來源：鐵人2號/奇蹟工作室）
有待回答的問題是，合成重元素和重元素是否存在限制。人們通常會問，當電磁排斥力足以使質子分裂時，質子如何能如此靠近原子核。然而，束縛它們的力比電磁排斥力更強。事實上，這種力是支配宇宙運行方式的四種基本力量中最強的一種。它被稱為——極度缺乏創造力——多麼強大的力量啊。
但即使是強大的力量也有其局限性。當然實話實說，核內的質子有一種結構，使它們之間的排斥力之和足以推翻束縛它們的強大力量。所以，創造新元素的關鍵就是避免這種結構。這是我們的極限，因為超過這個極限，物理定律就不再適用。然而，離我們完成周期表似乎並不遙遠。要想解開這個謎題，只差一點點的啟示。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3.sciab- Akash Peshin
公共廣播服務
喬治亞州立大學
美國國家航空航天局
物理網
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