「不到一小時就造出了原子，幾百萬年就造出了恆星和行星，而造出人類卻用了50億年！」——喬治·伽莫夫
說到地球上生命的來源，你可能會想到地球本身億萬年的演化過程，還有生命進化的曲折，但這只是所有故事的一部分！我們可以追溯到更早的時期，想一想組成地球元素的來歷。我們經常能聽到恆星中會融合出碳、氧、矽，硫，以及相當多的鐵/鎳/鈷，超新星爆發會形成比鐵更重的元素，那麼問題來了：生命中重要的磷、鈉、氯、鎂、鈣、鉀、銅、鋅，這些元素是怎樣形成的？
正是這些元素的存在才讓我們得以生存。沒有這些不同的元素以及它們所形成的所有不同的分子組合，就不會有生命的故事。
然而，當我們看到元素周期表的時候，其中大約有90多種元素是在地球上自然存在的，這讓我們不禁會想它們是從哪裡來的。
大質量恆星的融合過程
當然，我們可以給出一個簡單的答案，說「這一切都是來自上幾代的恆星」。雖然事實如此，但這個答案很難令人滿意。因為所有的恆星有很多不同的種類，它們生存和死亡的過程要麼緩慢要麼迅速，這取決於它們是哪種類型的恆星。
恆星在宇宙中形成的時候都不是單個形成的，不是一個一個往出蹦，而是成串的，一般都是成百上千的星團，甚至是上百萬的恆星同時出現。如果我們觀察星團中的任何一個恆星，首先會注意到最亮、最藍的恆星，因為它們最亮，也最顯眼。但這種恆星的壽命也是最短命的，因為它們燃燒燃料的速度最快，並且發出的耀眼的光芒，有些亮度甚至高達太陽的數萬倍！
這些最亮、質量最大的恆星內部發生了什麼？與所有的恆星一樣，它們首先將氫燃燒成氦，這兩種元素是宇宙中最豐富的兩種元素。當它們的核心耗盡氫的時候，大質量的充滿氦的核心區域就開始收縮，因為沒有核聚變產生的壓力來支撐恆星來抵抗萬有引力。
在收縮的同時，溫度也在升高。在質量足夠大的恆星中（包括我們的太陽），氦也會開始融合成碳。雖然我們的太陽無法將碳元素融合成更重的元素。但質量是太陽四到八倍的恆星，它們會形成氧，然後是矽和硫，最後是鐵，鎳和鈷。
然而，這個過程發生得很快，恆星會在核心產生大量的氧和矽，大量的硫，以及相當多的鐵/鎳/鈷，但不能融合出更多、更重的元素。
只有當恆星變成超新星的時候，才可以形成元素周期表中一些超重元素，以及少量的其他元素。
超新星爆發如何產生更重的元素？
內核坍塌導致超新星爆發時會產生大量的自由中子，這些中子攜帶極高的能量與周圍的所有元素髮生碰撞，中子被捕獲後形成了元素周期表上其他比鐵更重的元素，這是一種快速的鏈式反應，被稱為快中子捕獲過程（r-process），r代表快速的意思。
但是這個過程還不足以解釋我們在地球上看到的大多數元素。
地球上的元素似乎與我們預期的是由最大質量恆星形成的想法不一致。比如說，這些鋁是怎麼來的？為什麼周期表上輕元素和重元素的分布是大致均勻的？
事實證明，儘管我們星球上的所有元素都曾經在一顆超新星內部產生，但大多數元素的來歷不止是一顆恆星。
慢中子捕獲過程
像我們的太陽這樣的恆星，它並不會變成超新星，當它的生命走到盡頭時，就會把外層吹成行星狀星雲，然後把形成的元素送回到星際介質中。從上圖中的彩色就可以看到，其中包括了各種各樣的元素，每種顏色都代表了元素周期表中不同元素的特徵。
你可能會感到驚訝的是，正是像我們太陽這樣的恆星產生了我們最熟悉的元素！
看一下太陽光譜，也就是太陽中所有不同元素的吸收線。你可能會驚訝地發現，我們在太陽中發現了43號鎝元素，一種沒有穩定同位素的元素，地球上從未發現過天然存在的元素。
但它在太陽中存在！這是怎麼回事呢？
其實還有一種更緩慢、更穩定的慢中子捕獲過程形成了像類太陽恆星中的元素，也稱為s過程，其中s代表緩慢。只要恆星中有像碳和氖這樣的元素存在，就會產生中子。當氦原子核與碳13（一種穩定的，但比普通碳12少見的碳同位素）碰撞時，它會融合成氧，但也會釋放出一個自由中子。同樣的，當氦原子核與氖-22（一種常見的、穩定的氖同位素，占地球上所有氖的9%）碰撞時，它會融合成鎂-25，同時釋放出自由中子。
這些中子和所有自由中子一樣，在不帶電荷的情況下，它們很容易撞向恆星內部的其他原子核，在那裡它們可以被吸收，幫助從較輕的元素中生成較重的元素。但它們也有時間限制：自由中子平均只存在15分鐘左右，然後會衰變為質子和更輕的粒子。
所以需要足夠快地撞到其他輕元素，從而產生更重的元素，這就是為什麼在恆星內部時，最有效地形成它們！這不僅是獲得鎝的方式，也是形成地球上生命過程中最常見的元素的方式，包括：磷、鈉、氯、鎂、鈣、鉀、銅、鋅。
鏈式反應很簡單：輕元素不斷地增加中子，使其上升到越來越高的同位素，直到其中一個元素不穩定，衰變到周期表上的下一個元素。然後，再加入更多的中子，重複這個過程。
事實上，下面用顏色編碼的元素周期表，就會發現，每一個帶有綠色「L」的元素都是宇宙中主要由慢中子捕獲機制產生的。
總結：我們其實來自緩慢的燃燒，而不是超新星
我們也可以通過s過程直接從鐵開始，往鐵里加中子，但是如果試著向鐵加入中子，會產生一點點鉍，但是它會衰變成更輕的元素。鐵越往上元素越不穩定，β衰變的速率越快，S過程的緩慢添加中子已經爬不上去了，如果沒有超新星的R過程，元素序列就沒有上升的可能。
然而，正是這個緩慢的，持久的，也許帶些浪漫的過程使我們賴以生存的元素得以存在。在恆星的核心深處，在數百萬度的高溫下，氦核正在與罕見但穩定的同位素碰撞，這些同位素是在前幾代恆星中形成的，碰撞後產生自由的中子，並慢慢地從最初「乏味、無趣」的氧、矽、硫、鐵、鈷、鎳等元素中生成大量的元素。
所以當你下次想到使生命成為可能的元素時，以及我們的起源要歸功於恆星時，不要只想到壯觀的超新星爆發。故事比這要豐富得多，宇宙需要一種緩慢燃燒的火焰才能產生我們。最後，我們的存在要歸功於s過程的溫柔熔爐。