核聚變反應到鐵就終止了，那麼比鐵重的元素都是怎麼來的？

宇宙中高於鐵的元素，可以是大質量恆星在演化末期，通過中子俘獲過程形成；或者在雙中子星合併事件中，也能大量形成。

我們地球上的元素非常豐富，從1號氫元素到92號鈾元素都有，鈾是自然界中大量存在的最重元素；大於92號的叫做超鈾元素，只有幾種在自然界中微量存在，其餘都是人工合成的，超鈾元素的半衰期一般都很短。

如果了解一點天文學知識，就會知道恆星是一個元素加工廠，可以把宇宙中的氫元素進行核聚變，然後生成各種各樣的元素。

比如在恆星內部，氫元素聚變生成氦元素，並釋放大量能量；然後氦元素又聚變，生成碳元素和氧元素；碳元素的聚變，又可以生成氖、鈉、鎂、鋁元素。

但是這樣的聚變，在恆星內部到鐵元素就終止了，比如硅元素聚變生成鐵-56，然後鐵-56無法繼續進行聚變；那麼高於鐵的其他元素，又是如何來的呢？

我們知道，氫彈是氫的同位素聚變，原子彈是鈾或者鈈裂變，兩個核反應都是釋放能量，這與原子核的「比結合能」有關。

結合能表示把原子核中的核子（質子和中子）完全分開，所需要提供的能量；但是我們不關心結合能，而是關心結合能與核子數量的比值，叫做比結合能。

比結合能越大，表示原子核越穩定，鐵-56的比結合能是所有原子中最大的，所以鐵-56是最穩定的原子，比鐵更高的元素叫做超重元素，看來大家說「老鐵」是有原因的（暗笑）！

對以上原理有了一些了解後，我們再來看宇宙中元素的形成原理；所有恆星在剛形成時，都會進行氫元素的聚變反應，氕核先聚變為氘核，再經過多步聚變後，產物主要是氦-4：

（1）對於小質量恆星，比如小於0.8個太陽質量的紅矮星，就只能聚變到氦了，因為這種恆星的質量太小，內部溫度不夠高，氦元素的聚變反應無法點燃。

（2）像太陽這樣的恆星，在氫元素燃燒完後，引力作用會臨時壓過核聚變釋放的能量，然後恆星外層發生收縮，使得內核溫度急劇升高，就會點燃氦元素；氦的聚變非常快，並釋放大量能量把恆星外層大氣吹走，也就是氦閃，在《流浪地球》中就是假設太陽即將發生這種情況。

（3）太陽在演化末期只能聚變到碳、氧元素，比太陽質量更大的恆星，聚變反應可以到硅元素。

（4）對於大質量恆星（約10倍太陽質量），一直可以聚變到鐵元素，然後聚變反應就終止了，因為鐵的結合能是最高的。

鐵-56原子有26個質子和30個中子，要使鐵變為更重的元素，就需要繼續往鐵原子中塞入質子，原子核由強力把質子和中子綁在一起，但是強力是短程力，只在10^-15米尺度生效。

雖然強力是庫侖力的100倍，但是庫侖力是長程力，原子核帶正電荷，這時候要把質子塞進鐵原子核是非常困難的，因為質子和鐵原子核會相互排斥。

由於庫倫勢壘太高，超重元素無法在恆星內部通過質子俘獲、或者α粒子俘獲的方式形成；而且鐵-56進行質子俘獲的平均時間，已經遠遠高於了恆星的壽命，於是在恆星內部，只能通過中子俘獲的方式獲得超重元素。

由於中子不帶電，所以中子比質子更容易接近原子核，中子被原子核中強力抓住的過程，叫做中子俘獲，中子俘獲又分為慢中子俘獲過程（s過程）和快中子俘獲過程（r過程）

大質量恆星在演化末期（紅超巨星），恆星內部聚集了許多鐵元素，也存在密度很高的中子流（可達每立方厘米10^8個）；於是鐵-56俘獲一個中子變為鐵-57，然後鐵-57的原子核發生β衰變（釋放一個高能電子），生成比鐵高一號的27號元素鈷 ，也就是Co-57，然後Co-57繼續通過中子俘獲過程，生成更重的元素。

慢中子所處溫度低，中子俘獲過程時間長，如果生成物的半衰期太短，生成物就會在下一次還沒俘獲中子前發生衰變，所以慢中子俘獲過程只能生成一小部分超重元素；而快中子的俘獲過程時間短，可以生成大量的超重元素。

大質量恆星在超新星爆發時，能達到100億度以上的溫度，此時快中子密度極高（可達每立方厘米10^23個），於是鐵元素在超新星爆發中進行快中子俘獲過程，可以生成大量的超重元素；或者在雙中子星合併事件中，中子潰散後不久會衰變為質子，也能形成大量的超重元素。

所以，形成比鐵更重的元素，就至少有三種方式：

（1）大質量恆星演化為紅超巨星時，鐵-56通過慢中子俘獲過程，產生少量超重元素；

（2）雙中子星合併事件中大量產生；

（3）超新星爆發時，通過快中子俘獲過程大量產生。

我們地球上有著各種各樣的元素，一些超重元素還是人體不可缺少的微量元素，比如29號銅元素，存在於肌肉和骨骼當中；33號砷元素，存在於頭髮和皮膚中；34號硒元素，存在於心肌和骨骼肌中。

然而這些元素，歸根到底來自於至少45億（太陽系年齡）年前，某次超新星爆發或者雙中子星合併事件；我們身體中的元素，就是超級爆炸中落入太陽系的餘燼塵埃。

然而這樣的事件，每天都發生在宇宙當中，在我們銀河系內平均每個世紀里，會有1~2次超新星爆發事件。我們夜晚看到那條明暗相間的銀河，其實就是無數次超新星爆發後，殘留下來的物質擋住了銀河系中心的光線。

在紅外線望遠鏡下，這些殘骸顯現出明顯的放射狀，或許在某處就有另外一個文明，在觀察我們的太陽系。

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