宇宙起源|我们身体中的元素从何而来？这都蕴含在宇宙最古老的恒星里
我们的生活中充斥的大量的化学元素 ， 但你知道它们从何而来吗？宇宙大爆炸的3分钟里产生了大量的氢、一些氦和极其微量的锂 ， 随后这波大爆炸“浓汤”开始冷却 ， 直到2亿年时宇宙中才出现了第一代恒星 ， 它们开始制造新的化学元素 ， 最终形成了五彩斑斓的世界 。
出品："格致论道讲坛"公众号（ID：SELFtalks）
以下内容为中国科学院国家天文台副研究员李海宁演讲实录：
大家好！我是来自国家天文台的李海宁 。 今天我向大家讲述的是天上的星星告诉我们的关于遥远星光的秘密 ， 以及生命物质起源的故事 。
像每一个妈妈一样 ， 我心情不好的时候只要看一眼我的儿子 ， 就会觉得什么都不是事儿了 。 但是作为一个学天文的妈妈 ， 我在他的身上还能看见一件很奇特的东西 ， 那就是130亿年前的宇宙 ， 你相信吗？
他的身体里和我们一样 ， 由很多种元素构成 ， 其中最主要的有6种 ， 包括水里面的氢和氧、有机物里的碳、牙齿和骨骼里的钙 ， 以及蛋白质里面的氮 ， 还有给我们细胞供能的磷 。
别看我的儿子只有2岁 ， 可是他身体里的这些原子 ， 其实已经在宇宙的时空里穿越了百亿年的时间 。 是不是觉得我在讲一个科幻小说？
故事要从上个世纪40年代开始讲起 ， 那时候的人们只知道大爆炸产生了氢、氦和锂 ， 对于其他元素从何而来一无所知 。 这个时候一个叫弗雷德·霍伊尔的英国天文学家站了出来 ， 他说：“是恒星产生了所有元素 。 ”他发表了一篇文章 ， 但是在学术界并没有引起多大的关注 。
于是他找来了三个非常厉害的帮手 ， 这四个科学家努力了好几年的时间 ， 终于在1957年的时候 ， 发表了一篇重要的文章 ， 他们给出了一套完整的恒星如何合成元素的理论 。
恒星的内部就是一个高温、高压的宇宙熔炉 ， 我们在元素周期表上所能看到所有的元素都是在这里产生的 。 别看这篇文章没有抓人眼球的标题 ， 也不是发表在Nature上 ， 却赢得了诺贝尔物理学奖 。
虽然很可惜得奖的不是霍伊尔 ， 但是他非主流的观点确实刷新了我们对于宇宙起源的认知 。 所以现在我们知道了 ， 恒星里的宇宙熔炉从130亿前年就开始生产各种各样的化学元素 ， 那这么多的元素究竟是如何穿越了百亿年 ， 最后来到太阳系进入我们的身体中呢？
我们来看一段视频 。 大约在137亿年前 ， “砰”的一声 ， 宇宙大爆炸了 ， 宇宙爆炸大约3分钟的时间产生了大量的氢、一些氦和极其微量的锂 。 这锅大爆炸“浓汤”开始冷却 ， 冷却大概到2亿年的时候 ， 宇宙里出现了第一代恒星 ， 它们开始制造新的化学元素 。 这些恒星非常明亮而庞大 ， 它们用极其壮烈的方式——超新星 ， 结束了自己短暂的一生 。
而它们所生产的这些化学元素被喷射到四面八方 ， 并且遗传给了下一代恒星 。 就是这样 ， 一代又一代的恒星 ， 可谓前仆后继 ， 使得我们宇宙当中化学元素的种类和数量不断地增加 。 直到有一天 ， 恰好能够形成太阳系的生命了 ， 我们就出现了 。
正是因为这样 ， 才有了《魔法炉》里那段十分经典的独白：“为了我们能够活着 ， 数十亿、数百亿乃至数千亿的恒星死去了 。 我们血液里的铁、我们骨骼里的钙、我们每一次呼吸的氧 ， 所有这些都是从地球诞生很久之前的星星的熔炉里炼制出来的 。 ”
这是一张大家都很熟悉的元素周期表 ， 有没有人一看到它就觉得头大呢？天文学家非常人性化 ， 他们发明了一张特别的元素周期表 ， 我们把所有比氦重的元素全部称为金属 ， 注意是所有比氦重的元素 ， 不仅仅是我们日常概念中的金属 ， 这些金属元素的总和 ， 就叫作金属含量 。
随着宇宙不断地变老 ， 金属含量这个“雪球”也越滚越大 ， 每一代新诞生的恒星 ， 它身体里的金属含量都会比它的祖先上一代稍微多一点点 。 一直到今天 ， 这些“小鲜肉”恒星们 ， 它们已经继承了成千上万代恒星的遗产 ， 所以它们体内的金属含量已经是130亿年前老祖宗的200万倍 。 如果有一天你恰巧碰到一个金属含量很低的恒星 ， 那么恭喜 ， 你看到了宇宙的极早期 。
我想问大家一个问题 ， 你们觉得我们能看到最早的恒星吗？由于限于我们现在的观测能力 ， 第一代恒星对我们来说 ， 就像黄帝尧舜一样 ， 只是一个传说 。 而我们现在能够直接观测到的最古老的恒星 ， 其实是它们的直系后代 ， 这些恒星还来不及攒多少金属 ， 所以我们叫贫金属星 。
别看这个名字不怎么样 ， 但是它们对于宇宙演化的意义可一点都不“贫” 。 如果说现在的宇宙有100岁 ， 这些贫金属星出生的时候 ， 宇宙还没有上学 ， 所以在它们的身体里隐藏了许多宇宙“婴幼儿时期”的重要信息 ， 这也是为什么天文学家亲切地称它们为“宇宙化石” 。
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