神奇地發現地球包含宇宙中所有的元素種類

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迄今為止，還沒有在太空中發現任何地球上不存在的元素。實際上，大自然利用元素周期表中天然存在的98種元素構成了世間的一切，以及遙遠的行星、恆星乃至星系。每種元素都是由單一種類的原子構成。一種元素區別于另一種元素在於原子核中質子數的不同。任何...

迄今為止，還沒有在太空中發現任何地球上不存在的元素。實際上，大自然利用元素周期表中天然存在的98種元素構成了世間的一切，以及遙遠的行星、恆星乃至星系。
每種元素都是由單一種類的原子構成。一種元素區別于另一種元素在於原子核中質子數的不同。任何原子核中包含6個質子的原子都是碳元素，79個質子的是金元素，94個質子的是鈈（人工製造的元素），1個質子的就是宇宙中含量最豐富的氫元素。元素周期表中的元素就是按照質子數而排列的。
在宇宙大爆炸初期，只有氫、氦以及少量的鋰存在。隨後，這些較輕的元素坍縮成了恆星，在恆星發生核聚變反應的同時，就會生成更重的元素，並在最後發生超新星爆炸的時候散播到宇宙當中，其中包含有一直到銅、鉛、汞、金這樣的重元素。
在恆星製造的這些重元素當中，大約只有2%聚集形成了行星，為生命的形成備好了原料。對於碳基生命來講，碳、氧、氮這些元素至關重要。因此，著名的天文學家卡爾·薩根曾經說：「我們都是星塵」（We are all stardust)。

如果我們從化合物的角度來看，那麼地球上存在比宇宙中其它地方要豐富得多的物質種類。化合物也是純物質，只不過是由兩種或兩種以上的原子構成。例如，水就是由兩顆氫原子和一顆氧原子構成。迄今為止，天文學家在宇宙中大約只發現了220種化合物或分子，幾乎所有在地球上都能找到。

事實+：元素是從哪裡來的？
太初核合成
太初核合成發生在宇宙最初的三分鐘，並且是對宇宙中1H（氕）、2H（氘）、3He（氦-3）和4He（氦-4）等元素丰度比率的負責者[1]。雖然4He繼續被其它的機制（像是恆星的核融合和α衰變）製造出來，而且也有可察覺到的1H繼續由散裂和其它確定的放射性衰變（質子發射和中子發射）製造出來，而除了3He和氘之外，許多元素在宇宙中都有許多不同的微量同位素，經由罕見的cluster decay，在大霹靂之際被製造出來。這些元素的核子，像是7Li和7Be，相信在宇宙形成的100秒至300秒的時段內，在太初的夸克膠子海凍結形成質子和中子之後，都曾經形成過。但是因為太初核合成在膨脹和冷卻之前經歷的時間很短，因此沒有比鋰更重的元素可以生成（這段元素形成的時間是在等離子體的狀態下，還沒有冷到稍後可以讓中性元素形成的狀態）。
恆星核合成
主條目：質子-質子鏈反應、3氦過程、碳氮氧循環和S-過程
恆星核合成發生在恆星演化過程中的恆星，經由核融合的過程負責形成從碳到鈣的元素。恆星是將氫和氦融合成更重元素的核子爐，在溫度比太陽低的恆星內進行質子-質子鏈反應，比太陽熱的恆星進行碳氮氧循環。
碳也是重要的元素，因為在整個的過程中，從氦形成碳是過程的瓶頸。在所有的恆星內，碳都是由3氦過程產生的。它也是在恆星內部產生自由中子的主要元素，引發的s-過程是涉及慢中子吸收製造出比鐵和鎳（57Fe和 62Ni）更重的元素。在這些過程形成的碳和一些其它元素也是生命的基礎。
恆星核合成的產物通常經由行星狀星雲或恆星風散布至宇宙內。

第一次直接證明核合成在恆星內部發生的是1950年代早期在紅巨星的大氣層內發現鎝[2]。因為鎝是放射性元素，而半衰期又遠短於恆星的年齡，它的出現反映出必然是在恆星的生命歷程中產生的。毫無戲劇性，但更令人信服的證據是在恆星的大氣中極為大量的特別穩定的元素。在歷史上很重要的事例是鋇的丰度比未發展的恆星多了20至50倍，這是S-過程在恆星內部進行的證據。許多新的證明出現在宇宙塵內同位素的組成上，這些是來自個別恆星的氣體凝聚而成和從隕石分離出來的固體顆粒。星塵室宇宙塵的成分之一，測量同位素狀態，可以證明使星塵凝聚的恆星內部核合成的狀態[3]。
核爆炸合成
主條目：R-過程、Rp-過程和超新星核合成
這一部份包括了超新星核合成和在強烈的典型超新星爆炸前一秒鐘，如何由核反應製造出比鐵更重的元素。在超新星爆炸的環境里，硅和鎳之間的元素快速的由融合產生，並且超新星里有更進一步的核合成發生，像是R-過程，使在爆炸中釋放出來的自由中子迅速的被吸收，製造出比鎳重且富含中子的同位素。這種反應產生自然界中的放射性元素，例如鈾和釷，並且這些重元素都有富含中子的同位素。
Rp-過程如同中子吸收一樣，涉及自由質子的快速吸收，但他的角色較不確定。

爆炸核合成產生過於快速的放射性衰變，使中子的數量大為增加，因此有許多質子和中子成為偶數的豐富同位素被綜合的產生，包括44Ti、48Cr、52Fe和 56Ni。這些同位素在爆炸后衰變成為各種原子量不同的穩定同位素。許多這樣的衰變都伴隨着γ射線的輻射，因此能辨認出這些爆炸中被創造的同位素。
最明確的證據來自1987 A超新星的爆炸，在超新星1987 A爆炸時偵測到大量湧現的γ射線，證明了核合成的發生。從γ射線確認了56Co和57Co，它們的放射性半衰期壽命約為一年，證明了56Fe 和57Fe是由放射性衰變產生的，而在1969年核子天文學就做了這樣的預言[4]。作為爆炸核合成的一種預測和證實方法，並且在計畫中成功扮演着重要角色的是美國航空暨太空總署的康普頓γ射線天文台；其它爆炸核合成的證明還有星塵中來自超新星爆炸后擴散並被冷卻的顆粒。星塵是宇宙塵成分的一部分，在超新星爆炸時凝聚的顆粒內，放射性的44Ti含量特別的豐富[5]，從超新星的星塵證實了1975年的預測。在這些顆粒中其它異常的同位素比例，更具體證實了爆炸核合成。
宇宙射線散裂
宇宙射線散裂宇宙射線散裂導致某些現今存在於宇宙中的輕元素形成（雖然對氘不明顯）。散裂最需要負責的幾乎都是3He、和鋰、硼、鈹（有些7鋰和7鈹是再大霹靂時產生的）。來自於宇宙線散裂過程的結果（主要是快質子）撞擊着星際物質，這些宇宙線的撞擊分割了目前存在於宇宙中的碳、氮和氧核，而且這些核子也會被宇宙線中的質子撞擊。
因為任何一個只是由兩個4He核子結合成的8Be核子都是不穩定的，所以硼和鈹在恆星核合成過程中也沒有顯著的被製造出來。

[圖擷取自網路，如有疑問請私訊]