宇宙中最豐富的元素是氫,它占據(jù)了宇宙物質(zhì)總量的90%以上。氫是宇宙中最早形成的元素之一,它是在宇宙大爆炸之后產(chǎn)生的。宇宙中的所有氫都是在宇宙大爆炸過(guò)程中形成的,因?yàn)楫a(chǎn)生氫需要超過(guò)2萬(wàn)億攝氏度的高溫。除了宇宙大爆炸,其他天文現(xiàn)象都無(wú)法產(chǎn)生如此高的溫度。那么除了氫之外的元素是如何形成的呢?除了一些像氦和鋰這樣的元素可能會(huì)引發(fā)宇宙大爆炸外,大多數(shù)元素都是在恒星核聚變和超新星爆炸過(guò)程中合成的。
例如,從太陽(yáng)形成之后一直到現(xiàn)在,太陽(yáng)核心會(huì)持續(xù)燃燒氫。在大約50到70億年之后,太陽(yáng)將經(jīng)歷氦閃爍,隨后核聚變將開(kāi)始燃燒氦,并生成鋰、鈹、硼、碳、氮等元素。然后,太陽(yáng)將開(kāi)始燃燒一些碳元素。人們普遍認(rèn)為,當(dāng)太陽(yáng)燃燒到碳和氧元素時(shí),核聚變將停止,太陽(yáng)將逐漸熄滅并形成白矮星。這些元素都是太陽(yáng)在其整個(gè)生命周期中合成的。
而那些質(zhì)量大于太陽(yáng)的恒星將繼續(xù)進(jìn)行核聚變和燃燒,合成周期表上更重的元素。然而,當(dāng)鐵開(kāi)始在恒星內(nèi)部合成時(shí),恒星會(huì)經(jīng)歷超新星爆炸。這是因?yàn)殍F的合成不會(huì)釋放能量,相反它會(huì)吸收能量。當(dāng)恒星內(nèi)部的輻射壓力消失時(shí),恒星外部的大量物質(zhì)將迅速向內(nèi)部坍縮,將恒星內(nèi)部的核心壓縮成中子星,這個(gè)過(guò)程會(huì)釋放出大量能量,瞬間合成周期表上鐵以上的許多元素。質(zhì)量最大的恒星能夠合成到元素94钚。
人們普遍認(rèn)為自然界中不存在第95種元素——镅。它是通過(guò)人工用中子轟擊钚239而獲得的,因此它是一種人造元素。然而,不排除在恒星超新星爆炸等情況下合成镅的可能性。然而,比镅更高的元素,直到元素118—Og,確實(shí)非常難以在自然界中形成。元素118—Og的原子量為297,是已知最重的元素。然而,它被認(rèn)為是一種氣態(tài)元素,非常不穩(wěn)定,半衰期為12毫秒(約百分之一秒),但它的化學(xué)性質(zhì)非常不活躍,類似于某些惰性氣體。
我們甚至可以推測(cè),在地球之外的宇宙中可能只有94種元素??茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)了95和更高元素主要是通過(guò)人工合成得到的。有些元素非常復(fù)雜,無(wú)法在自然界中合成。正是由于技術(shù)進(jìn)步,我們創(chuàng)造了許多自然界中并不存在的東西。因此,我們有理由相信地球上的元素可能是整個(gè)宇宙中最豐富的。當(dāng)然,這種說(shuō)法有一個(gè)前提條件,那就是如果沒(méi)有比我們更高級(jí)的外星文明存在的話。