與行星相比，恒星的質(zhì)量通常大得驚人，人們也許以為，恒星在自身引力的巨大壓迫下將會發(fā)生完全的塌縮，從一個恒星“大球”變成一個恒星“小球”，但是，恒星在漫長的生命周期中不是即刻變成一個坍縮性的黑洞，這是由于在恒星內(nèi)發(fā)生了核聚變反應(yīng)，熱膨脹效應(yīng)阻止了恒星在自身引力下發(fā)生的塌陷。恒星由千千億、萬萬億個原子組成，作為一個球型天體的恒星在圓周的所有方向上發(fā)生了收縮，難以計數(shù)的原子在向內(nèi)收縮的過程中發(fā)生了相互碰撞。

在恒星形成的初期，氣體云團的溫度很低，原子在發(fā)生相互的碰撞后彈來彈去，不太容粘連和聚合在一起，當(dāng)恒星在自身引力的作用下持續(xù)地向內(nèi)壓縮時，原子的相互碰撞變得越來越頻繁，恒星中心區(qū)的溫度上升得很快，原子的相互碰撞提升了恒星內(nèi)部的溫度，而溫度的提升反過來又加劇了原子的相互碰撞，在高溫高壓的環(huán)境中，原子通過碰撞獲得了足夠的融合能量，原子核的相互融合被物理學(xué)家稱為核聚變反應(yīng)。

恒星內(nèi)部的熱核反應(yīng)有雙重功效，一是熱核反應(yīng)將核能轉(zhuǎn)化為熱能，通過熱量的釋放加熱了恒星，熱輻射的膨脹力阻止了恒星引力塌縮的發(fā)生，熱輻射力和引力達成了平衡，在物理機制的保障下，恒星在數(shù)十億年的演變期處于穩(wěn)定的狀態(tài)。二是熱核反應(yīng)將輕元素轉(zhuǎn)化為重元素，從氫聚變成氦開始，后續(xù)緩慢地轉(zhuǎn)化為人們在系外恒星觀測到的鍀元素。人們骨骼中的鈣元素、珠寶器物內(nèi)的金元素等都是通過恒星核合成的方式產(chǎn)生的，不同的核反應(yīng)過程產(chǎn)生不同的物質(zhì)元素。

在地面實驗室實現(xiàn)原子核的聚變反應(yīng)十分困難，過去的60多年，科學(xué)家設(shè)想了“恒星實驗室”的場景，從中尋找核聚變的物理機制，期望將恒星演變的驅(qū)動能量用于造福人類的目的。人造核聚變裝置主要用于發(fā)電，核能是最清潔的能源，保護地球的生態(tài)環(huán)境，減少大氣層的碳排放量，開發(fā)核能源是目前減排降碳的最佳選擇。今日物理學(xué)家仍在揭示物質(zhì)元素的起源之謎，天文學(xué)家應(yīng)用了對元素信號進行觀測的多種方式，越來越多不同年齡的恒星進入了天文學(xué)家的視野，他們大致了解了整個宇宙元素的形成過程，從宇宙大爆炸產(chǎn)生了簡單的元素，不同年齡的恒星煉制了復(fù)雜的元素。

過去的10年到20年，科學(xué)家積累了大量的觀測成果，繪制了一幅元素家族的復(fù)雜圖像，觀測的證據(jù)表明，元素的產(chǎn)生比原先的預(yù)期更為寬闊。恒星有不同的類型，恒星爆發(fā)事件有不同的方式，從中產(chǎn)生了不同的物質(zhì)元素，科學(xué)家不是完全清楚所有元素的產(chǎn)生過程，不能回答的問題恰好是科學(xué)家的研究目標(biāo)和方向。物理學(xué)家認為，從所有恒星的爆發(fā)事件中釋放了不同種類的元素，這些物質(zhì)元素被混合在洶涌翻滾的塵埃氣體之中，下一代的恒星和行星——包括我們的太陽和地球從不同元素構(gòu)成的氣體云中誕生，人們身體的各種元素也來自于原恒星云團，某種宇宙意志或靈魂附體創(chuàng)生不了任何元素。

最近的元素創(chuàng)生事例出現(xiàn)在一個雙中子星的合并，全世界的電磁波望遠鏡接收到了中子星事件的電磁輻射，兩個引力波干涉儀天文臺接收到了由中子星碰撞事件發(fā)出的引力波，第一次通過兩種觀測手段同時發(fā)現(xiàn)了“中子星災(zāi)難”的信號。在“全球采風(fēng)”的中子星事件中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了所謂的鑭系元素，鋱、釹、鏑，這些材料是制造手機零部件的稀有元素?？茖W(xué)家在發(fā)現(xiàn)鍀元素的時代你追我趕，目前，世界上的核科學(xué)家在各個加速器實驗室抓緊研究，期望對所有元素的發(fā)現(xiàn)找到核物理的解釋方式。

改變?nèi)藗冏匀徽J識的發(fā)現(xiàn)不是每天都在發(fā)生，在一生的發(fā)現(xiàn)之旅中，科學(xué)家不一定遇見“發(fā)現(xiàn)之神”的光顧。但是，科學(xué)團隊協(xié)同的研究方式比過去的年代更加有效，零零碎碎的發(fā)現(xiàn)片段被拼合成一幅物質(zhì)元素從中誕生的宏偉畫卷，通過科學(xué)家的集思廣益，正在完成一幅體現(xiàn)了人類認知水平“最后的拼圖”。科學(xué)家使用了技術(shù)升級的望遠鏡，開展了日益精確的天文觀測，技術(shù)改進的手段在持續(xù)，認知的積累將幫助科學(xué)家深入揭示遙遠恒星的更多奧秘。

除了天空觀測的手段，科學(xué)家將會使用最先進的加速器，以此研究元素形成的過程，在加速器和在恒星之內(nèi)都實現(xiàn)了核反應(yīng)，遵循了同樣的物理機制，在實驗室取得的研究成果加深了人們對恒星核反應(yīng)機制的理解。通過復(fù)雜和高速運算的計算機模擬，科學(xué)家將所有觀測結(jié)果以參數(shù)約束的方式輸入了模型，嘗試使用計算機圖像來還原事件的過程，盡可能找到未知現(xiàn)象的線索，所有的努力都將導(dǎo)致科學(xué)家下一次的重要發(fā)現(xiàn)。

（編譯：2021-5-31）