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星系際 驚奇宇宙中最常見的第三個元素不是你所想的那個

最顯著的一個存在的事實(shí)是，我們曾經(jīng)接觸過、看到過或相互作用過的每一種物質(zhì)都是由同樣的兩樣?xùn)|西組成的：帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的電子。這些原子相互作用的方式-它們相互推拉、結(jié)合在一起、吸引和排斥，以及創(chuàng)造新的、穩(wěn)定的分子、離子和電子能態(tài)的方式-實(shí)際上對我們周圍的整個世界都有效。
盡管是這些原子的量子和電磁性及它們的成分使我們的宇宙以我們觀察到的特性而存在，但最重要的是要認(rèn)識到，宇宙初始形成時并沒有能創(chuàng)造我們現(xiàn)在所知的世界的必要成分。恰恰相反，宇宙初始時幾乎沒有這些成分。
你看，為了實(shí)現(xiàn)這些不同的鍵結(jié)構(gòu)，為了構(gòu)建構(gòu)成我們所感知的一切的基石的復(fù)雜分子，我們需要各種各樣的原子。請注意，不僅是需要大量的原子，而且原子在類型上表現(xiàn)出巨大的多樣性，這意味著原子中存在著質(zhì)子數(shù)量不同的原子核：正是這樣產(chǎn)生了不同的元素。
我們的身體本身需要碳、氮、氧、磷、鈣和鐵等元素。我們地球的地殼本身需要硅和許多其他重元素，而地球的核心-為了產(chǎn)生所有的熱量-需要的元素是一直沿著周期表到我們發(fā)現(xiàn)的最重的自然存在元素：釷、鐳、鈾，甚至微量钚。
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但回到宇宙的早期階段，在人類出現(xiàn)之前，在生命出現(xiàn)之前，在太陽系出現(xiàn)之前，在巖石行星，甚至在第一顆恒星出現(xiàn)之前，我們所擁有的只是一片由質(zhì)子、中子和電子組成的熱電離海。沒有元素，沒有原子，也沒有原子核：宇宙太熱了。是因?yàn)橛钪媾蛎浐屠鋮s，我們才能夠形成穩(wěn)定的物質(zhì)。
但時光流逝，我們做到了。第一個核融合在一起，沒有立即被炸開，產(chǎn)生氫及其同位素，氦及同位素，以及微量的鋰和鈹，后者會放射性衰變?yōu)殇嚒＿@就是我們開始研究的宇宙：一個以原子核數(shù)計算的宇宙，大約92%的氫，8%的氦和0.00000001%的鋰。按質(zhì)量計算，大約是75-76%的氫，24-25%的氦和0.00000007%的鋰。幾乎所有都是氫和氦，不管你怎么切分。
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幾十萬年后，宇宙冷卻到可以形成中性原子的程度，幾千萬年后，引力崩塌使第一批恒星得以形成。因此，核聚變現(xiàn)象不僅將光帶回了宇宙，也將重元素帶入了我們的現(xiàn)實(shí)世界。
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但是否會是碳打破了記錄，并在今天成為元素周期表中第三位元素呢？你可能會認(rèn)為，因?yàn)楹阈前言厝诤显谙裱笫[一樣的層中。氦融化成碳，然后在更高的溫度下（后來的時間），碳融化成氧，氧融化成硅和硫，硅最終融化成鐵。在鏈的最末端，鐵不能融合成其他任何東西，因此核心爆炸，恒星變成超新星。
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這些超新星，這一步通向他們及他們余生的步驟，使得恒星可以用所有外層來豐富宇宙，這些外層通過一些其他步驟返回氫、氦、碳、氧、硅等所有重元素：
慢中子俘獲（S過程），按順序建立元素氦核與重元素（產(chǎn)生氖、鎂、氬、鈣等）的融合快中子俘獲（r過程），創(chuàng)造元素一直到鈾甚至更遠(yuǎn)但是我們不僅只有這一代的恒星：我們有許多恒星，而今天存在的恒星不僅主要由原始?xì)浜秃?gòu)成，而且還由前幾代留下的殘骸構(gòu)成。這很重要，因?yàn)闆]有它，我們將永遠(yuǎn)不會獲得巖石般的行星，只有巨大的氫和氦的氣體！
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數(shù)十億年來，恒星形成和恒星死亡的過程不斷重復(fù)，盡管成分越來越豐富。現(xiàn)在，大質(zhì)量恒星在所謂的C-N-O（碳－氮－氧）循環(huán)中熔化氫，而不是簡單地熔氫成氦，隨著時間的推移，使碳和氧的數(shù)量趨于平衡（氮含量略低）。
此外，當(dāng)恒星通過氦聚變產(chǎn)生碳時，很容易在其中獲得一個額外的氦原子來形成氧（甚至在氧氣中加入另一個氦來形成氖）,這甚至是我們微不足道的太陽在紅巨星階段也會做的事情。
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但恒星有一個致命的舉動使碳在宇宙方程式中成為失敗者：當(dāng)一顆恒星的質(zhì)量足以引發(fā)碳聚變-這是產(chǎn)生II型超新星的必要條件-將碳轉(zhuǎn)化為氧的過程幾乎全完成，當(dāng)恒星準(zhǔn)備爆炸時，產(chǎn)生的氧氣比碳要多得多。
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