宇宙的成分

宇宙中所有物質（包括恒星和行星）的基本成分都是化學元素。每種元素只由一種原子組成，原子則由質子（帶正電荷）、電子（帶負電荷）和中子（電中性）構成。中子存在于原子核中，但并不指示其化學性質，但如果同種元素原子核中的中子數不同，就會產生不同的同位素。一種元素的中子和質子的數量決定了原子量。氫是最簡單的一種元素，由1個質子和1個電子組成。它的原子量為1，是所有元素中最輕的。如果其原子核中的中子數量不一樣，就會產生有不同原子量的同位素。

物理學家注意到了宇宙中氫原子的這種簡單性和豐富性，于是他們推斷：宇宙大爆炸產生了氫原子，而所有其他元素都起源于原始的氫原子。氫原子在高溫高壓下，經歷適當的核轉變，會產生原子量更大的元素，這一過程包含輕的原子核聚變成較重的原子核。

宇宙誕生的第一分鐘，溫度非常高，整個宇宙就像一個巨大的核熔爐在運作，僅僅在4分鐘內，這個“熔爐”就將其中1/4的氫轉變成了氦。之后，環境開始改變，這種反應也停止了。類似這樣的極端環境在某些恒星的內部深處也存在，在那里會產生新的元素。在質量和太陽相當的恒星內部，氫元素會“燃燒”形成氦（原子核內有2個質子和2個中子）。由于恒星內部的變化會在內核產生更高的溫度和壓力，氦就會聚變形成碳（6個質子和6個中子），而這又可以結合更多的氦，形成氧（8個質子，8個中子）等等。通過這種方式，多種化學元素就形成了。

↑超新星1987a在蜘蛛星云附近。最初的藍色巨星在幾秒鐘內塌陷，并將超新星殘余噴向太空。

很多這樣產生的元素結合起來形成分子和化合物，它們中有很多是極不穩定的，被稱為揮發性物質。水、二氧化碳和二氧化硫是3種重要的揮發性物質，它們在極低的溫度下可以以氣態形式穩定存在。元素的其他組合可形成礦物質，有些礦物質可以構成巖石（大多數是硅酸鹽），它們在很高的溫度下（450攝氏度～1200攝氏度）會發生組合凝固。像鋁和鈣之類與氧結合會形成硅酸鹽的元素就叫作親石元素；鋅、鉛和銀則是親銅元素（它們易形成硫化物），而像金和鎳之類不易形成化合物的元素就是親鐵元素。

←哈勃太空望遠鏡于1990年拍攝的1987a超新星的偽色影像圖，顯示了膨脹氣體環（黃色）圍繞著超新星殘余。最初的藍巨星離地球有15.5萬光年。劇烈爆炸留下的緊密的結狀殘跡形成了環中心的紅色區域，組成行星的很多元素就是在這樣的爆炸中產生的。

↓與太陽質量相當的恒星內的氫可以持續燃燒100億年。當氫燃盡，氦核收縮，重力勢能就會被釋放，恒星就離開了主序。一個膨脹的氫氣殼會覆蓋塌陷的核，恒星就變成了紅巨星。如果恒星的質量更重，星核溫度更高，氦就會聚變為碳、硅或氧，合成重更的元素。如果恒星質量再大一些的話，就會點燃鐵，并產生冷卻效應：核向內破裂，恒星的外層擴散，就像超新星。質量最大的恒星會超越上述階段，甚至中子的致密核也會壓碎，形成黑洞。

1.形成恒星的星云2.與1個太陽差不多質量的恒星的前恒星期3.主序階段4.膨脹階段5.紅巨星階段6.收縮階段7.白矮星階段8.10倍太陽質量的恒星9.超巨星階段10.超新星11.中子星12.30倍太陽質量的恒星13.超巨星階段14.超新星15.黑洞