恒星诞生

银河系中最古老的恒星已经有大约120亿年的历史了，这意味着那些构成恒星的原材料在聚到一起时，距大爆炸已经不到20亿年了。但是放射测年法和其他技术告诉我们，太阳和太阳系只有45亿年多一点的年龄。从120亿年前到45亿年前，许多恒星诞生、发光，然后消亡，渐渐成就了我们今日的家园。

宇宙学家测量了所谓的宇宙微波背景辐射——大爆炸时期留下的一个微弱的射电信号，又结合了对基本物理规律的研究，推断出从大爆炸涌现出来的原子物质包含大约75%的氢元素和25%的氦元素，此外还有更多的非原子的暗物质。氢元素和氦元素是两种最简单的化学元素，是构成其他元素的基本元素。这个元素合成的过程开始于第一批恒星，最初是氢元素和氦元素组成的气体球由于自身的重量开始塌缩。

当这样一个包含了比太阳多许多倍的物质的气体球以这种方式塌缩时，它的内部就开始变热。正如开尔文和亥姆霍兹所发现的，引力能正在释放。在气体球塌缩的同时，其内部的压力开始增大。当压力和温度都足够高的时候，在气体球内部深处，氢原子核与其他原子核激烈碰撞，它们中的一些融合在一起，形成了氦元素。这个核聚变的过程会释放能量，提供一个向外的支撑力来阻止气体球进一步塌缩。此时，它已经变成了一颗恒星。

放射性衰变是与核聚变相反的过程。这两种核变都是自然发生的，都是向中等质量的原子核进行变化；如果我们把质量转化成能量来看，中等质量的原子核能量是最低的。非常轻的元素，例如氢元素和氦元素，能聚变成中等质量元素并释放能量；同样地，非常重的元素，例如铀元素和镭元素，可以裂开，变成更轻的元素，并且也释放能量。在极端情况下，一个重核分裂成中等大小的两块，这种情况的放射性衰变被称为核裂变。

在第一代恒星内部，氢元素被合成为氦元素，氦元素被合成为碳元素、氧元素等其他元素。但是当内部的核燃料用光后，恒星会突然向内部塌缩，巨大的引力能被瞬间释放而产生爆炸，接着它们内部制造的其他元素就会散落到宇宙空间中去。这就是天文学家在星际云中看到的尘埃的源头。所以后代的恒星诞生的时候不仅仅只有氢元素和氦元素，还有一些更重的元素的痕迹。大质量恒星需要燃烧很多原料来维持自身的稳定性，所以它们的生命周期很短，只有几百万年左右。由此我们可以看出，在太阳从银河系中的气体尘埃云诞生之前，已经有充足的时间来形成好几代恒星了。在星际云中，重元素的出现会促使像太阳一样的小质量恒星诞生，因为这些元素的化合物能更有效地把热量辐射到宇宙空间。这意味着气体在形成恒星前，可以收缩得更小，并裂成更小的团块。

但是从大爆炸到太阳诞生前，仍然会有许多大质量恒星形成，即使在今天也是如此。两个原因使这个过程变得非常重要：

• 通过核聚变反应产生的重元素到铁元素和镍元素就停止了，从能量角度来讲，它们的原子核是最稳定的。

• 所有更重的元素，例如金元素和铅元素以及放射性元素，是在大质量恒星死亡时巨大的爆炸中产生的。

在这些被称为超新星爆发的爆炸中，原子核被巨大的压力挤到一起，发生融合，而且在这个过程中还有能量注入其中。所有的放射性元素，包括太阳和太阳系诞生之前的，以及今天仍在用以测定年代的，都是以这种方式产生的：在太阳诞生之前的一次或多次超新星爆发的内部产生。

这突出了超新星的第二个重要特征：在恒星星际间的气体和尘埃云只有在其他东西给予它们一点扰动时才会开始塌缩。尽管也有其他方式可以触发塌缩，但最好的办法就是一个超新星爆发的冲击波给周围的气体云带去一点荡漾。这便催生了我们的太阳系。