我们每一个人都是星尘

韩佳安

我们DNA里的氮元素、我们牙齿里的钙元素、我们血液里的铁元素，还有我们吃掉的东西里的碳元素，都是曾经大爆炸时的万千星辰散落后组成的，所以我们每一个人都是星尘。

——卡尔·萨根

在宇宙中已经发现了118种化学元素，它们构成了我们所知的几乎一切物质——包括我们自己。虽然这些元素组成的物质千变万化，来源也各不一样，但这些物质中基本的原子有着几乎一致的来源——那些在夜空中闪耀的恒星。

宇宙大爆炸

现代大部分科学家认为，我们的宇宙起源于一个密度无限大而体积无限小的点——奇点。在大约138亿年前，这个点突然开始剧烈地膨胀，在不到1秒的时间内，就形成了构成如今宇宙的各种基本粒子。在几分钟内，温度快速下降，部分质子和中子通过核力结合在了一起，形成了氦原子核和少数锂原子核，以及氢的同位素（氘和氚），但在此之后的元素没法在宇宙创生之初产生。剩余的质子与电子形成了最简单的氢原子（氢原子核内只有1个质子）。在宇宙大爆炸时产生的元素中，氢的质量约占75%，氦约占25%，这个比例直到今天基本没有改变。

在接下来的100多亿年中，宇宙经历了星系的形成，以及各种各样恒星的诞生和消亡，而正是在这样璀璨的星辰变幻中，诞生了其余对宇宙而言“微量”却对我们无比重要的元素。

恒星的演化

在大爆炸后的几十万年中，宇宙中物质较为密集的区域通过引力的作用逐渐收缩聚合到一起，形成了最原始的星系。在这些星系中有着大小不一的星云，它们围绕着中心旋转，并逐渐向中心坍缩，使得核心部分的温度不断增加。当星云的核心温度增加到約1000万℃时，引发了氢核聚变，开始向外传播光和能量——一颗恒星诞生了。氢核聚变是所有恒星的主要能量来源。稳定持久的氢核聚变创造了我们的太阳，也创造了我们地球上的光和生命。它也曾被用来制造人类历史上威力最大的“灭世武器”——氢弹。

在恒星中，最常见的氢核聚变反应形式是质子-质子链反应。4个质子（即氢原子核）通过该反应聚变为氦原子核。在恒星一生90%的时间内，它都在进行着这样的反应，直到它核心的氢燃料耗尽为止。不过，事实上，恒星一生中也只有占总质量1%的氢聚变为氦（这也说明了当今宇宙中25%的氦含量不可能完全来自恒星，而是来自宇宙大爆炸）。

在恒星进行氢核聚变的青壮年期，聚变产生巨大能量的对外辐射对抗着恒星自身的引力，使得恒星不会因为引力而进一步坍缩。然而，在核心的氢燃料耗尽后，核心的能量再也无法对抗引力，恒星的外层因此向中心坍缩，温度也不断升高。随后，恒星外层的氢也被点燃进行聚变，这使得恒星外层产生巨大的能量而快速膨胀，成为红巨星。红巨星的半径可以达到恒星原本半径的几百倍——当太阳成为红巨星时，它的半径能够大到吞噬地球！红巨星的外层氢开始聚变后，内核的氦会继续坍缩一段时间，直到温度达到约1亿℃时，氦的聚变将会点燃。

像太阳这么大的恒星，在氦燃烧殆尽后，核心不再有足够的温度进行下一步的聚变。此时，恒星外层的氢在经历数次坍缩和膨胀后被抛至星际空间，形成行星状星云，而中间的内核会形成致密的白矮星。

然而，对于质量更大的恒星，核心的聚变会继续进行下去，直到形成核聚变的最终产物——铁。为什么是铁呢？这就要涉及原子核的比结合能了。爱因斯坦的质能方程告诉我们，质量能够转化为巨大的能量，而在原子核的形成过程中，质子和中子正是损失了一部分质量，并通过这些质量转化成的能量结合在了一起。这种使质子和中子结合在一起的能量叫作结合能，而结合能除以质子和中子的总数得到的值叫作比结合能。比结合能的大小，体现了不同原子核中质子和中子受到的束缚力的大小。比结合能越大，它们受到的束缚力越大，原子核也就越稳定。在核聚变过程中，原子核不断损失质量而放出能量，比结合能也不断升高，但在形成铁元素时，比结合能也达到了最大——铁及以上元素的聚变不仅不放出能量，还要吸收能量！这就是为何恒星内部的核反应在产生铁元素之后就停止了。

超新星爆发与中子星合并

既然核聚变最终只能产生铁，那么，铁之后的元素是如何形成的呢？事实上，它们大部分来自宇宙中最璀璨的光芒——超新星爆发。

在大质量的恒星走向生命的终点时，内核的铁再也无法发生核聚变反应，整个恒星开始剧烈地坍缩。在坍缩过程中，核心释放出大量能量，将不稳定的外壳炸开，产生巨大的能量——超新星爆发时的亮度甚至可以超过它所在星系的总亮度！在此过程中，核心释放出大量的高能中子，这些能量极高的中子会与外壳的原子核结合，从而形成原子序数更大的元素。我们所见金银的闪耀，都是来自这宇宙中最璀璨焰火的淬炼。

超新星爆发之后，它的核心会形成更加致密的中子星，质量更大一点的恒星甚至会形成吞噬一切的黑洞。而有时，两个中子星或黑洞靠近时，它们会互相吸引直至合并。在合并过程中，它们甚至能释放出超过超新星爆发的能量（人们正是通过它们释放的能量观测到了引力波），同时也会有大量的物质被抛射到宇宙空间中，其中就包含了许多重元素。事实上，人们已经观测到了中子星合并产生了数倍地球质量的黄金。

来自星星的我们

宇宙中的元素在满天繁星的光芒中被孕育，又经过亿万年的漂泊，形成了我们的太阳系，形成了我们的地球。而在这渺小又伟大的家园中，又是几十亿年的沧桑变化，才诞生了神奇的生命，诞生了我们人类。这样一个一个简单的原子和分子竟然能够创造出像我们这样复杂的生物，这是多么难得的奇迹！我想，我们是无比幸运的。我想，人们应该心怀感激地仰望星空，因为星星是这万物的创世神，是我们每个人的母亲。我们浑身上下的每一个原子，都是跨越了无数纪元，有着万中无一的缘分，才结合到了一起，造就了属于我们的奇迹——我们每一个人都是星尘。

有人说，世间所有的相遇都是久别重逢。我想，亿万年前，我们或许真的曾在星空中相见。