神奇地发现 地球包含宇宙中所有的元素种类

jiyuzi

迄今为止，还没有在太空中发现任何地球上不存在的元素。实际上，大自然利用元素周期表中天然存在的98种元素构成了世间的一切，以及遥远的行星、恒星乃至星系。

每种元素都是由单一种类的原子构成。一种元素区别于另一种元素在于原子核中质子数的不同。任何原子核中包含6个质子的原子都是碳元素，79个质子的是金元素，94个质子的是钚（人工制造的元素），1个质子的就是宇宙中含量最丰富的氢元素。元素周期表中的元素就是按照质子数而排列的。

在宇宙大爆炸初期，只有氢、氦以及少量的锂存在。随后，这些较轻的元素坍缩成了恒星，在恒星发生核聚变反应的同时，就会生成更重的元素，并在最后发生超新星爆炸的时候散播到宇宙当中，其中包含有一直到铜、铅、汞、金这样的重元素。
在恒星制造的这些重元素当中，大约只有2%聚集形成了行星，为生命的形成备好了原料。对于碳基生命来讲，碳、氧、氮这些元素至关重要。因此，著名的天文学家卡尔·萨根曾经说：“我们都是星尘”（We are all stardust)。

如果我们从化合物的角度来看，那么地球上存在比宇宙中其它地方要丰富得多的物质种类。化合物也是纯物质，只不过是由两种或两种以上的原子构成。例如，水就是由两颗氢原子和一颗氧原子构成。迄今为止，天文学家在宇宙中大约只发现了220种化合物或分子，几乎所有在地球上都能找到。

事实+：元素是从哪里来的？
太初核合成

太初核合成发生在宇宙最初的三分钟，并且是对宇宙中1H（氕）、2H（氘）、3He（氦-3）和4He（氦-4）等元素丰度比率的负责者[1]。虽然4He继续被其它的机制（像是恒星的核融合和α衰变）制造出来，而且也有可察觉到的1H继续由散裂和其它确定的放射性衰变（质子发射和中子发射）制造出来，而除了3He和氘之外，许多元素在宇宙中都有许多不同的微量同位素，经由罕见的cluster decay，在大霹雳之际被制造出来。这些元素的核子，像是7Li和7Be，相信在宇宙形成的100秒至300秒的时段内，在太初的夸克胶子海冻结形成质子和中子之后，都曾经形成过。但是因为太初核合成在膨胀和冷却之前经历的时间很短，因此没有比锂更重的元素可以生成（这段元素形成的时间是在等离子体的状态下，还没有冷到稍后可以让中性元素形成的状态）。

恒星核合成

主条目：质子-质子链反应、3氦过程、碳氮氧循环和S-过程

恒星核合成发生在恒星演化过程中的恒星，经由核融合的过程负责形成从碳到钙的元素。恒星是将氢和氦融合成更重元素的核子炉，在温度比太阳低的恒星内进行质子-质子链反应，比太阳热的恒星进行碳氮氧循环。

碳也是重要的元素，因为在整个的过程中，从氦形成碳是过程的瓶颈。在所有的恒星内，碳都是由3氦过程产生的。它也是在恒星内部产生自由中子的主要元素，引发的s-过程是涉及慢中子吸收制造出比铁和镍（57Fe和 62Ni）更重的元素。在这些过程形成的碳和一些其它元素也是生命的基础。

恒星核合成的产物通常经由行星状星云或恒星风散布至宇宙内。

第一次直接证明核合成在恒星内部发生的是1950年代早期在红巨星的大气层内发现鎝[2]。因为鎝是放射性元素，而半衰期又远短于恒星的年龄，它的出现反映出必然是在恒星的生命历程中产生的。毫无戏剧性，但更令人信服的证据是在恒星的大气中极为大量的特别稳定的元素。在历史上很重要的事例是钡的丰度比未发展的恒星多了20至50倍，这是S-过程在恒星内部进行的证据。许多新的证明出现在宇宙尘内同位素的组成上，这些是来自个别恒星的气体凝聚而成和从陨石分离出来的固体颗粒。 星尘室宇宙尘的成分之一，测量同位素状态，可以证明使星尘凝聚的恒星内部核合成的状态[3]。

核爆炸合成

主条目：R-过程、Rp-过程和超新星核合成

这一部份包括了超新星核合成和在强烈的典型超新星爆炸前一秒钟，如何由核反应制造出比铁更重的元素。在超新星爆炸的环境里，硅和镍之间的元素快速的由融合产生，并且超新星里有更进一步的核合成发生，像是R-过程，使在爆炸中释放出来的自由中子迅速的被吸收，制造出比镍重且富含中子的同位素。这种反应产生自然界中的放射性元素，例如铀和钍，并且这些重元素都有富含中子的同位素。

Rp-过程如同中子吸收一样，涉及自由质子的快速吸收，但他的角色较不确定。

爆炸核合成产生过于快速的放射性衰变，使中子的数量大为增加，因此有许多质子和中子成为偶数的丰富同位素被综合的产生，包括44Ti、48Cr、52Fe和 56Ni。这些同位素在爆炸后衰变成为各种原子量不同的稳定同位素。许多这样的衰变都伴随着γ射线的辐射，因此能辨认出这些爆炸中被创造的同位素。

最明确的证据来自1987 A超新星的爆炸，在超新星1987 A爆炸时侦测到大量涌现的γ射线，证明了核合成的发生。从γ射线确认了56Co和57Co，它们的放射性半衰期寿命约为一年，证明了56Fe 和57Fe是由放射性衰变产生的，而在1969年核子天文学就做了这样的预言[4]。作为爆炸核合成的一种预测和证实方法，并且在计画中成功扮演着重要角色的是美国航空暨太空总署的康普顿γ射线天文台；其它爆炸核合成的证明还有星尘中来自超新星爆炸后扩散并被冷却的颗粒。星尘是宇宙尘成分的一部分，在超新星爆炸时凝聚的颗粒内，放射性的44Ti含量特别的丰富[5]，从超新星的星尘证实了1975年的预测。在这些颗粒中其它异常的同位素比例，更具体证实了爆炸核合成。

宇宙射线散裂

宇宙射线散裂宇宙射线散裂导致某些现今存在于宇宙中的轻元素形成（虽然对氘不明显）。散裂最需要负责的几乎都是3He、和锂、硼、铍（有些7锂和7铍是再大霹雳时产生的）。来自于宇宙线散裂过程的结果（主要是快质子）撞击着星际物质，这些宇宙线的撞击分割了目前存在于宇宙中的碳、氮和氧核，而且这些核子也会被宇宙线中的质子撞击。

因为任何一个只是由两个4He核子结合成的8Be核子都是不稳定的，所以硼和铍在恒星核合成过程中也没有显著的被制造出来。