地球上的碳，無論是昂貴的鑽石、柔軟的石墨、廉價的煤炭還是組成你我以及所有生命的碳元素，它們都比太陽更悠久。碳誕生於太陽之前的古老恆星，然後隨著某一次超新星爆發擴散到整個太陽系。

氦閃產生碳

碳誕生於恆星內部。當一團氫氣和氦氣開始聚集為恆星時，它是沒有碳的。恆星內最開始進行的是被稱為質子-質子鏈反應的核聚變過程，在這個過程中，氫的原子核被相互擠壓到一起，經過一系列的核聚變反應，最終融合成為氦。如果溫度和壓力達不到進一步聚變的條件，氦不會繼續發生聚變反應，因為氦原子核里的粒子數量更多，要想克服核與核之間因相同電荷所產生的靜電排斥力（庫侖勢壘）需要更大的能量。

如果恆星不夠大，比較我們的太陽，當它核心內的氫全部耗盡。在氫轉化為氦後，核聚變會停止，熱量會停止釋放，恆星內外巨大的壓力差會使得外部氣體急劇坍縮，促使太陽核心的氦被強烈壓縮，溫度上升到10⁸K，發生熱失控，這就是「氦閃」，電影《流浪地球》就是基於這個事件構建的故事。

氦閃會在太陽內部產生大量的碳，這個過程被稱為恆星中的「三重α過程」。在幾分鐘的時間內，占恆星質量40%的α粒子（氦-4的核）先是被融合為鈹-8，緊接著鈹又與另一些α粒子聚合為碳-12。由於這個過程極其短促，太陽爆發出的光芒會瞬間照亮整個銀河系，之後的太陽歸於沉寂，最終變成一顆白矮星。

鑽石星球

白矮星中心聚集了大量碳，如果條件合適，這些碳會被擠壓在一起，並在冷卻後形成一顆極其巨大的鑽石內核。天文學家們認為距離地球大約50光年一顆名為「露西」的編號為BPM 37093的白矮星內部有一個質量超過5×10²⁹千克的鑽石內核。要知道地球的質量僅有5.965×10²⁴千克，這顆大鑽石比地球要重近10000倍！

如果恆星足夠大，在它的內部可以比較容易生成碳。這是因為更大的恆星內部有更大的壓力和更高的溫度，它可以很容易地克服氦原子核的庫倫勢壘，不需要發生氦閃就能產生「三重α過程」，進而將氦-4融合為碳-12。

CNO循環

在大質量恆星中，有一個被稱為「CNO循環」的過程。這是在碳-氮-氧三種元素間融合反應的催化循環過程，它在大質量恆星內部聚變反應中占主導地位，如果太陽的質量比現在大30%，太陽內部也能形成「CNO循環」。

恆星內部CNO循環有許多種方式，總體上是質子不斷地推動碳-氮-氧三種元素同位素之間的相互轉換，在此過程中釋放大量的熱、伽馬光子和中微子，最終形成氦。與此同時，CNO循環也將恆星中碳-12與碳-13核的比率推動到3.5:1。

碳燃燒

在大質量恆星內部，碳往往並不是最終的產物，它有很多的機會聚變形成更重的元素，這個過程被稱為「碳燃燒」。請注意，這裡的燃燒並不是指碳在地球表面與氧氣反應生成一氧化碳或二氧化碳的氧化過程，而是在恆星內部的聚變過程。

碳在恆星內部經常會發生以下的聚變反應：

¹²C + ¹²C ²⁰Ne + ⁴He + 4.617MeV

¹²C + ¹²C ²³Na + ¹H + 2.241MeV

¹²C + ¹²C ²³Mg + ¹n - 2.599MeV

或者：

¹²C + ¹²C ²⁴Mg + γ + 13.933MeV

¹²C + ¹²C ¹⁶O + 2 ⁴He - 0.113MeV

由上面的聚變反應過程我們可以看出，碳燃燒的最終結果主要是氧、氖、鈉和鎂的混合物，恆星中的這些物質的產生有碳的功勞。

碳爆炸與碳閃

碳誕生於恆星內部，它是怎麼來到地球上的？這需要談一談碳爆炸和碳閃。

前面我們提到了白矮星「露西」，它的中心有一顆巨大的鑽石，事實上，大部分的白矮星主要都是由碳和氧構成的，它們是中低質量恆星（比如我們的太陽）的殘餘。有一些白矮星慢慢冷卻，最終變為黑矮星，另一些則有可能在冷卻之前就與附近的恆星或白矮星相互吸引發生兼并。

當白矮星與其它恆星或白矮星兼并時，迅速增加的質量突破錢德拉塞卡極限（超過1.4倍太陽質量）時，將導致白矮星內部的碳瞬間發生聚變反應，這個失控的熱核過程直接促使新恆星的碳內核劇烈膨脹並發生爆炸，這種碳爆炸也被稱為Ia型超新星爆發。超新星爆發所產生的衝擊波會將包括大量碳在內的各種物質以20000km/s（光速的6%）的速度拋向太空。

在太陽質量8~11倍大小範圍內的恆星中，碳-氧核心處於退化狀態，這時候恆星容易發生「碳閃」。僅僅幾毫秒的時間，恆星內核的碳層被點燃並發生爆炸，強烈的恆星風吹散外圍所有物質，也包括大量沒有參與反應的碳，形成一個行星狀星雲的殼，恆星殘骸中心只留下一個大約1.1倍太陽質量的O-Ne-Na-Mg白矮星核心。

總結

我們的太陽系誕生於前一次超新星爆發所形成的星雲，因此在包括地球在內的太陽系中，廣泛分布著豐富的碳元素以及碳的各種化合物。碳是宇宙中繼氫、氦和氧之後第四豐富的元素，這與碳在恆星中誕生的方式有密切的關係。