为什么恒星聚变不能产生原子量比铁更大的元素，而超新星爆发却可以？

贵阳读者蓦然提问：

   为什么恒星聚变不能产生原子量比铁更大的元素，而超新星爆发却可以？地球上存在的这些元素都是因为恒星聚变或者超新星爆发而产生的吗？

 

我们可见宇宙有约73%的质量是氢元素构成的，其次是25%的氦元素，而其他元素的总和不超过2%。这就提醒我们构成我们自身以及地球的大部分元素是这不足2%的少数部分。宇宙起源于大爆炸，在大爆炸的前3分钟，构成现在物质元素的基本粒子例如夸克、电子等大量聚合，就像水蒸汽遇冷凝聚成水滴那样。夸克凝聚成原子核中的中子和质子，质子和中子再冷却凝聚成氦原子核，从而形成了目前占据可见宇宙绝大大部分的物质——氢和氦。而其他重的元素是在天体形成过程中由核反应形成的。下面一张图反映了这个过程：

发生由轻元素合成重元素的核反应需要高密度的物质和能量聚集，这个过程的实现，需要氢和氦元素相互吸引。这是一个漫长的演化过程。当氢元素和氦元素的聚集到达一定程度后，就形成了恒星的雏形。这些早期恒星内部物质密度高、能量密度大，满足发生核反应的条件，从而形成更重的元素。在这个核反应过程中，要放出能量，从而补偿了核聚变形成更重的元素的核反应所消耗的能量。当元素越来越重，聚变释放的能量越来越少，逐渐和核反应所消耗的能量相等，最终核反应停止。放出能量和消耗能量基本相等的反应就是生成铁元素的核反应，这就是恒星聚变不能产生原子量比铁更大的元素的原因。

恒星内部结构

当恒星内部产生更重元素的核反应终止，核反应放出的抵消引力作用的力就消失了，恒星内部开始坍塌。当到达足够小的程度，恒星就会抛射出其大部分物质，即各种各样的元素（从氢到铁），这个过程就是超新星爆发。这个演化忽悠两个不同的结果：形成一个中子星，或者坍缩成连光都无法逃脱的黑洞。

超新星爆发能够提供足够多的能量，使得形成比铁更重的元素的核聚变得以进行，这个过程就产生了目前自然界观测到的原子量92（铀元素）的所有重元素。宇宙间更重的元素是由超新星爆发形成的，我们地球上的生命都是由过去恒星演化过程中及超新星爆炸后产生之灰烬所建构起来的。个人的生命与宇宙、恒星的演化关系之密切值得我们深思玩味。

 

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