來？
2014年8月26日
“我們的某些部分知道我們從何而來。我們?cè)趯で髿w宿，但我們已有歸宿。因?yàn)橛钪婢驮谖覀凅w內(nèi)。我們?cè)醋孕菈m。認(rèn)識(shí)了我們自身，也就認(rèn)識(shí)了宇宙。”
——卡爾·薩根，《宇宙》
這是一段卡爾·薩根最為著名的語錄，原因很簡單：他通過輕松的語調(diào)，在他著名的電視片《宇宙》中，道出了我們與宇宙之間的聯(lián)系。我敢說，這的確是事實(shí)。而這個(gè)事實(shí)是如此浪漫，以至于天體物理學(xué)家尼爾·德格拉斯·泰森（Neil DeGrasse Tyson）曾將這個(gè)令人驚嘆的觀點(diǎn)，稱為是他最想和人分享的宇宙知識(shí)之一。
想想也令人激動(dòng)：幾乎我們體內(nèi)的每個(gè)原子都曾經(jīng)穿越恒星，而且其中許多就是在恒星內(nèi)鍛造出來的。同樣，我們腳下的巖石，燈泡中的氣體，呼吸的空氣，甚至我們腳邊的拉布拉多犬也是如此。我們的星系中包含了數(shù)十億的行星，它們中有的是流浪者，有的是居家一族。而且可以肯定的是，我們的銀河系在宇宙中并不是獨(dú)一無二的。所有的行星，無論是否適宜生命生存，都源自星塵。而且更為奇妙的是，大部分的“普通”物質(zhì)，如碳、氧、氮、鐵、鈣、硫，等等，這些約占宇宙總量1%的原子都來自恒星。
我們很普通，我們也很稀有。
我們體內(nèi)的原子故事是宇宙故事的現(xiàn)實(shí)版。紅血球內(nèi)鐵原子核中的質(zhì)子可能產(chǎn)生自宇宙大爆炸，它在來到我們體內(nèi)安家落戶前，曾經(jīng)穿越數(shù)顆恒星，跨過整個(gè)星系。
蝴蝶星云 行星狀星云NGC 6302是一顆產(chǎn)生并擴(kuò)散著巨大塵埃云的極熱恒星，這片塵埃云內(nèi)包含有許多分子，如硅、氧和碳。 – 美國宇航局（NASA）、歐洲空間局（ESA）、哈勃SM4 ERO小組（Hubble SM4 ERO Team）
宇宙中的大部分原子是氫——它是最簡單的原子，只由一個(gè)質(zhì)子充當(dāng)原子核——其余大部分是氦，它的簡單程度位居第二。這些原子中的大部分，包括少量的鋰和硼，是在宇宙大爆炸后的最初幾分鐘內(nèi)誕生的。在極高的溫度和壓力下，它們無法組成更重的原子核。因此早期宇宙的化學(xué)成份是相當(dāng)簡單的。宇宙中的第一代恒星形成時(shí)，它們只由簡單的電子和質(zhì)子——也就是氫組成，因?yàn)槟菚r(shí)只有這些。根據(jù)我們建立的模型，這些恒星相當(dāng)巨大，會(huì)很快地將所有可用的氫轉(zhuǎn)換為氦，因此它們是相對(duì)比較短命的一代。當(dāng)它內(nèi)部的氫用盡后，恒星會(huì)進(jìn)入一系列生命晚期的擴(kuò)張和收縮，并開始新的聚變過程。這一過程將產(chǎn)生碳、氧，如果恒星足夠大，還會(huì)產(chǎn)生更重的元素。我們的太陽正處于中年，其氫燃料將在50億年后用盡。
這些宇宙早期的巨大恒星，會(huì)在其生命的晚期突然爆發(fā)為超新星。它們足夠熾熱且巨大，能夠自行產(chǎn)生新的元素，因此這一過程兼具破壞性和創(chuàng)造性。恒星在被炸成碎片時(shí)，巨大的爆炸會(huì)創(chuàng)造新化學(xué)元素，并將它們擴(kuò)散到宇宙空間中。第一代恒星誕生自氫，但是死于更重的原子云。雖然這時(shí)新元素的含量仍無法與原始的氫和氦相比，但是即使是如此少的含量，也足以開始改變宇宙的化學(xué)組成。
生命的化學(xué)也是在此時(shí)開始的。氫誕生自宇宙大爆炸，但是沒有來自恒星的氧，也就不會(huì)有水。我們的身體幾乎全部由水組成（取決于你計(jì)算的方法），并且?guī)缀跛形覀円阎纳家蕾囁?。穿越恒星而來的氫和恒星制造出來的氧結(jié)合，在數(shù)十億年后成為了你表皮細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)的組成部分。
第二代恒星是由第一代恒星的碎片形成的，它們并不都十分巨大和易于燃盡；它們中的許多今天仍然健在。這些恒星中比較巨大的，同樣也很短命，并且也會(huì)以超新星的形式終結(jié)，并將更多的元素?cái)U(kuò)散到宇宙中。你血液中血紅蛋白內(nèi)的鐵就是在這樣的一次爆炸中形成的。
超新星并不是垂死恒星擴(kuò)散化學(xué)元素的唯一途徑。垂死恒星稀薄的大氣僅被引力勉強(qiáng)束縛著。當(dāng)它們脈動(dòng)時(shí)，巨量的氣體會(huì)以恒星風(fēng)的形式流失。對(duì)太陽來說就是太陽風(fēng)，對(duì)我們來說非常幸運(yùn)的是它的生活非常平靜。離開恒星越遠(yuǎn)，環(huán)境溫度就越低，因此原子可以結(jié)合為分子：甲烷和二氧化碳，它們都是生命所需的。
參宿四（Betelgeuse），這顆組成獵戶座獵戶“肩部”的明亮紅色恒星，就是這樣一顆垂死之星。通過智利甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）進(jìn)行的觀測表明，參宿四被一團(tuán)巨大的拋射物質(zhì)云包裹著，這團(tuán)云體寬約20億公里，內(nèi)含富氧分子，尤其是二氧化硅——沙灘的主要成份。組成你體內(nèi)主動(dòng)脈的一個(gè)硅原子就這樣被恒星風(fēng)吹進(jìn)了太空。
甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）的圖像顯示了參宿四及被其拋射出去的星云物質(zhì)。- 歐洲南方天文臺(tái)（ESO）/P. Kervella
包裹著恒星核心的“外套”由于溫度不夠高而無法合成原子，但是它在核反應(yīng)中扮演了一個(gè)不同的角色。來自恒星核心的中子轟擊恒星外層的原子，會(huì)制造能夠被恒星風(fēng)帶走的較重元素。不穩(wěn)定，且在地球上無法自然產(chǎn)成的的稀有元素锝（technetium，意為“人工”）就是在巨星的“外套”中產(chǎn)生的。存在于你的牙齒，以及給你寶寶吃的奶粉中的鈣也是以這種方式生成的。
低質(zhì)量的恒星，無法以爆炸的方式結(jié)束生命，它們的外層會(huì)逐漸地流失，并形成行星狀星云。這些行星狀星云能夠在太空中播種各種元素和有機(jī)分子。這其中包括了氨基酸，它是組成你以及其他所有有機(jī)體蛋白質(zhì)的基本材料。恒星的其它死亡方式，如白矮星的爆發(fā)或脈沖星的相撞，也會(huì)產(chǎn)生一些原子。
而太陽，這顆擁有行星，并且擁有能夠考慮這些問題的生命的恒星，既不是第一代恒星，也不是第二代。我們的太陽系誕生自一個(gè)至少埋葬了一顆恒星的恒星墓地，這里有充分的鐵和鎳，足以形成地球、月球和其它巖石質(zhì)行星。實(shí)際上，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了兩粒二氧化硅隕石——難以想像的小——它們包含的氧同位素不是在恒星大氣中形成的，而與超新星的產(chǎn)物相符。
無論源頭是哪里，通過垂死恒星的聚變和其它形式的核反應(yīng)，通過星風(fēng)和爆發(fā)將產(chǎn)品送入太空，幾乎所有地球上可以找到、并且被人類帶入太空的元素，都是由恒星提供的。我們的幕后故事，是原子從時(shí)間之初到進(jìn)入我們體內(nèi)的神奇之旅。這個(gè)故事中不僅有我們，還有拉布拉多犬、隕石、石頭和流淌的小溪。我對(duì)此深信不疑。
原載：Nautil.us
