“化学元素周期表不仅仅是对宇宙中所有已知原子进行排序的列表，它本质上是帮助我们更好地了解我们周围世界的一个窗口。”

——联合国教科文组织总干事阿祖莱

谈到化学元素周期表，你是否回想起中学化学课上背诵化学元素时的情景？那么在认识化学元素周期表时，你是否思考过这样一个问题：这么多的化学元素究竟是如何诞生的呢？这就要追溯到宇宙的起源。

氢、氦与宇宙大爆炸

我们都知道，宇宙起源于距今139亿年前的一次大爆炸。宇宙大爆炸刚刚诞生几秒之后，开始形成质子，中子，电子，光子等基本粒子，但由于宇宙的温度极其的高，使得粒子都处于高速运动中，无法结合成重于氢的稳定原子核。

在大爆炸发生的几分钟后，宇宙的温度降低到大约十亿K的量级，少量的质子和所有中子结合产生重氢核，并经历一连串的核反应将大部分重氢转变成稳定的氦原子核。而大多数质子没有与中子结合，形成了氢的原子核。

随着宇宙的逐渐冷却，大约38万年后，电子和原子核可以结合成为氢原子和氦原子。至此，宇宙中的气体主要由氢原子和氦原子构成，他们几乎占据了宇宙总量的99%以上，其中氢独自占到了75%， 氢是宇宙大爆炸之后最先形成，也是存在数量最多的元素。

宇宙射线散裂

宇宙射线是来自外太空的带电高能次原子粒子，如质子、α粒子、电子和许多较重元素的核。当宇宙射线与星际物质碰撞时，原子核会分裂变成各种各样的粒子。这种过程被称为散裂，通过对散裂的研究显示，它可以裂变成较轻的元素——锂、铍、硼原子核。

恒星核聚变反应

宇宙继续演化，数亿年后，由于星云的引力作用，氢和氦气体相互凝聚并逐步形成恒星。我们都知道，核聚变反应使恒星能够发光发热，就像现在的太阳那样。

恒星由于自身的质量十分巨大，在自身引力的作用下收缩，内核的温度不断升高，当提升到1000万度以上时，开始发生氢核聚变反应，将4个氢原子核融合成1个氦原子核，并放出非常大量的能量。当恒星中的氢消耗殆尽之后，继续启动氦原子核的核聚变反应，生成碳原子核。

对于质量小于太阳8倍的恒星，一旦氢氦聚变结束，生成碳元素，由于质量不足，内核无法达到碳核聚变反应温度，它的外层就会脱落，形成行星状星云，而残留下的核心，就是白矮星，然后逐渐暗淡冷却下去。

质量大于10倍太阳的恒星，在氦原子核聚变结束之后，还会继续不断地促发新元素的核聚变反应——碳原子核聚变，然后是氧核聚变，氖核聚变，钠核聚变……整个核聚变反应最终只能到生成铁。

这些质量特大的恒星由于内核要促发核聚变反应所需的温度非常高，导致其外层的温度也随着升高，于是恒星外层，甚至整个恒星也开始发生核聚变反应，而每一层是不同元素原子核的核聚变反应，越是容易发生核聚变的轻元素越是在外层，如下图所示洋葱一般的分布。

看到这里，你是否有这样的疑问：为何恒星核聚变产生的元素只能到铁？这是因为铁的比结合能最大。而比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。可以简单地理解为，要把铁原子核拆开，所需的能量最大。铁也是核反应的临界点。原子序数在铁元素之前的元素原子核通过发生核聚变可以产生能量，而铁元素以后的元素聚变反而要吸收能量。但铁以后的元素发生核裂变可以产生能量。由此可见，铁核聚变和裂变反应的条件都非常的苛刻。但在特大质量恒星内部，在超强引力作用下，理论上是可以实现铁核聚变反应的。

上面提到，恒星内部通过核聚变反应产生的能量，产生对外的压力平衡万有引力。但铁核聚变反应过程中释放出的能量又小于吸收的能量，所以是个吸热的过程。这样会不断消耗恒星内部的能量，导致恒星没有足够的能量抗衡中心引力，致使整个星体外壳层向中心塌陷，最终发生剧烈的超新星爆炸。可见，铁的核聚变反应使恒星的生命走向了终点。

超新星爆发

超新星爆炸是最壮观的宇宙事件，它的威力无比巨大，发生时的亮度可以照亮其所在的整个星系，产生的能量超过太阳几十亿年释放能量的总和。爆炸过程中产生的能量和恒星碎片相互作用，可进一步合成出铁以后的重元素，同时将产生的重元素以爆炸的形式散布到宇宙空间中。超新星是恒星演化的一个十分关键的阶段，超新星爆发为宇宙中生命的形成提供了非常重要的重元素来源。感谢那些牺牲自我照亮太阳系的恒星，才有了当今丰富多彩的世界。

在超新星爆发过程中，恒星内核结构发生了巨大的改变，原子的外壳和原子核都被压破了，中子和质子被挤出 ，质子和电子发生反应，并生成中子和中微子。恒星在超新星爆炸后，内核在引力的作用下坍缩，这时如果内核质量超过1.44倍太阳的质量，而小于3.2倍太阳的质量，所有的中子聚集在一起之后就构成了中子星。而如果内核的质量大于3倍的太阳质量，中子星会不稳定，内核将进一步坍缩形成一个黑洞。

中子星合并

中子星是超新星爆炸的残余物，它具有极大的密度（每立方厘米重1亿吨以上），质量约为太阳的2倍。当两颗中子星靠近时，它们在彼此引力的作用下互相围绕运动，最终碰撞在一起的时候，不仅会产生巨大的引力波，而且会产生大量的原子序数高于铁的元素，比如铂、金，银，碘、铀、铋等。

2017年人类首次探测到距离我们1.3亿光年的双中子星合并的新型引力波以及对应的电磁信号。科学家通过对此次引力波光学信号的观测和光谱分析，首次提供证据证实，中子星合并是宇宙中金、银等元素的主要起源。中子星的相撞十分罕见，可能10万年仅有一次，并且只产生少量的重金属。所以地球上黄金总的储存量与别的金属相比是非常少的，这也正是它珍贵的原因。

综上所述，化学元素的形成和宇宙的演化是密不可分的，其主要的几种不同的元素来源：

氢，氦元素来自于宇宙大爆炸；

锂、铍、硼元素来自于宇宙射线散裂；

恒星核聚变可以生成氦到铁之间的元素；

铁元素之后的的大部分重元素源自于超新星爆炸和中子星合并。

天文学家卡尔·萨根曾经有过一句名言：We Are Made of Star Stuff.我们都是来自星尘。现在我们由宇宙的生命历程可以认识到，构成我们身体的基本元素都来自于宇宙深处，都是曾经大爆炸时的万千星辰散落后组成的，不仅仅是我们自身，我们所接触到的世界上的一切物质皆源自星尘。（文章内容来源于迷你科学星球。）