宇宙的成分

宇宙中所有物质（包括恒星和行星）的基本成分都是化学元素。每种元素只由一种原子组成，原子则由质子（带正电荷）、电子（带负电荷）和中子（电中性）构成。中子存在于原子核中，但并不指示其化学性质，但如果同种元素原子核中的中子数不同，就会产生不同的同位素。一种元素的中子和质子的数量决定了原子量。氢是最简单的一种元素，由1个质子和1个电子组成。它的原子量为1，是所有元素中最轻的。如果其原子核中的中子数量不一样，就会产生有不同原子量的同位素。

物理学家注意到了宇宙中氢原子的这种简单性和丰富性，于是他们推断：宇宙大爆炸产生了氢原子，而所有其他元素都起源于原始的氢原子。氢原子在高温高压下，经历适当的核转变，会产生原子量更大的元素，这一过程包含轻的原子核聚变成较重的原子核。

宇宙诞生的第一分钟，温度非常高，整个宇宙就像一个巨大的核熔炉在运作，仅仅在4分钟内，这个“熔炉”就将其中1/4的氢转变成了氦。之后，环境开始改变，这种反应也停止了。类似这样的极端环境在某些恒星的内部深处也存在，在那里会产生新的元素。在质量和太阳相当的恒星内部，氢元素会“燃烧”形成氦（原子核内有2个质子和2个中子）。由于恒星内部的变化会在内核产生更高的温度和压力，氦就会聚变形成碳（6个质子和6个中子），而这又可以结合更多的氦，形成氧（8个质子，8个中子）等等。通过这种方式，多种化学元素就形成了。

↑超新星1987a在蜘蛛星云附近。最初的蓝色巨星在几秒钟内塌陷，并将超新星残余喷向太空。

很多这样产生的元素结合起来形成分子和化合物，它们中有很多是极不稳定的，被称为挥发性物质。水、二氧化碳和二氧化硫是3种重要的挥发性物质，它们在极低的温度下可以以气态形式稳定存在。元素的其他组合可形成矿物质，有些矿物质可以构成岩石（大多数是硅酸盐），它们在很高的温度下（450摄氏度～1200摄氏度）会发生组合凝固。像铝和钙之类与氧结合会形成硅酸盐的元素就叫作亲石元素；锌、铅和银则是亲铜元素（它们易形成硫化物），而像金和镍之类不易形成化合物的元素就是亲铁元素。

←哈勃太空望远镜于1990年拍摄的1987a超新星的伪色影像图，显示了膨胀气体环（黄色）围绕着超新星残余。最初的蓝巨星离地球有15.5万光年。剧烈爆炸留下的紧密的结状残迹形成了环中心的红色区域，组成行星的很多元素就是在这样的爆炸中产生的。

↓与太阳质量相当的恒星内的氢可以持续燃烧100亿年。当氢燃尽，氦核收缩，重力势能就会被释放，恒星就离开了主序。一个膨胀的氢气壳会覆盖塌陷的核，恒星就变成了红巨星。如果恒星的质量更重，星核温度更高，氦就会聚变为碳、硅或氧，合成重更的元素。如果恒星质量再大一些的话，就会点燃铁，并产生冷却效应：核向内破裂，恒星的外层扩散，就像超新星。质量最大的恒星会超越上述阶段，甚至中子的致密核也会压碎，形成黑洞。

1.形成恒星的星云2.与1个太阳差不多质量的恒星的前恒星期3.主序阶段4.膨胀阶段5.红巨星阶段6.收缩阶段7.白矮星阶段8.10倍太阳质量的恒星9.超巨星阶段10.超新星11.中子星12.30倍太阳质量的恒星13.超巨星阶段14.超新星15.黑洞