这是一个奇迹：价值 100 亿美元的詹姆斯韦伯望远镜成功发射、部署和启动。它现在正在发送您可能已经看过的令人难以置信的图片：
图像不仅美丽。他们揭示了宇宙的秘密。他们正在绘制未知领域。
为什么这很重要？因为人类被星辰召唤，造访它们并赋予它们生命。因为如果我们要永生，就需要空间。因为太空正在成为人类经验、国防、政治和经济中越来越重要的一部分。如果我们不了解太空，我们就无法了解人类的未来。
而空间的核心秘密就封装在这张图中：
它解释了为什么太阳如此温暖和黄色。为什么它不烧我们。为什么我们站在岩石上而不是气体上。为什么我们看到的是我们所看到的，而不是例如无线电或 wifi 信号。我们如何才能获得几乎无限的能量。詹姆斯韦伯望远镜应该向我们展示什么。以及更多。那么你如何阅读这个图表呢？
在横轴上，宇宙中的不同元素（氢、氧、碳……）按它们的大小1从最小（左边的氢）到最重的（右边的铀）排序。
你可以看到它说“原子核中的核子数”。核子是原子中间的一个小物质球。有两种类型，质子（带正电荷）和中子（不带任何电荷）。例如，左边的氢 H1 只有一个质子，仅此而已。在左边，铀有 92 个质子和大约 143 个质子2 （加起来是 .
在垂直轴上，你有这些原子的稳定性。你可以在左下角一直看到氢（H1），这意味着它非常不稳定。曲线快速上升，然后变慢，直到达到所有元素中最稳定的铁 (Fe) 的顶部。从那时起，元素再次变得不太稳定，一直到铀。
稳定是能量的反面。有很多能量的东西是非常不稳定的，它会试图失去能量以变得更稳定3 。因此，铀中的核子比铁中的核子具有更多的能量，而氢中的核子比任何其他类型的核子具有更多的能量。
要以直观的方式理解稳定性，请想象一堆小磁球。当磁铁分开并彼此远离时，什么也不会发生。但是，当他们靠近彼此时，他们会捆绑在一起。
你可以说，当这些磁铁单独存在时，它们是不稳定的：任何时候，它们都可能偶然发现另一块磁铁并立即捆绑在一起。一旦它们这样做了，组合就会更稳定但能量更少：现在，您需要施加一些能量来迫使它们分裂4 。
好的，所以不同的元素有不同的能量和稳定性水平。但是每个元素有多少呢？
事实上，其中 98% 是氢或氦！想一想：我们在地球上拥有的一切，大气中的氮，构成我们的碳，沙子中的硅，地核中的铁和镍……所有这些都是地球质量的 2%星系！
这怎么可能？为什么几乎所有东西都是氢和氦？因为大爆炸。
那是纯粹的能量。能量集中成小粒子，当这些粒子相互碰撞时，它们形成了最小的核子：质子和中子。氢只是一个质子，这就是为什么宇宙中有这么多氢的原因：它是最简单、最基本的元素，最接近纯能量。
有时，在大爆炸期间和之后，这些氢原子中的一些与其他氢和中子结合形成氦（即两个质子和两个中子）。
然而，这并不容易做到，因为你可能知道质子带有正电荷，所以它们会相互排斥。克服这种力需要大量的能量，但一旦克服了，这些质子就会非常牢固地相互粘连5 。他们融合。
如果你回到小磁铁球的比喻，想象它们散落在桌子上。这样他们就很稳定了。想象一下，由于某种奇怪的原因，当你让两个磁铁彼此靠近时，最初它们会相互排斥。但是，如果你强迫它们靠得足够近，突然间你就可以克服最初的排斥，并且会产生更强的吸引力6 。
如果你回到上图，你会发现氦比氢稳定得多。所以当氢和中子合并成为氦时，它们在变得更稳定的过程中会释放出大量的能量。
但正如你所看到的，质子需要变得不那么稳定才能与其他质子和中子融合。这是克服带正电质子排斥所需的能量。
这种质子和中子相互融合的过程称为聚变，您可以在两个地方找到它：在恒星中和在聚变反应堆中。
星融合
这是恒星中发生的主要过程：氢原子融合成氦，在这个过程中释放出大量的能量。但为什么在大爆炸附近没有大量发生这种情况呢？恒星如何聚集必要的能量来克服质子之间的排斥？
大爆炸后的几分钟内，能量非常集中，因此出现了大量的质子，其中一些与中子合并形成氦。
但是能量密度如此之高，以至于所有这些粒子都向各个方向扩散。几分钟之内，没有足够的力量将它们压入氦气。大多数融合停止了。
但随后，通过重力，其中一些质子和中子（=“核子”）又开始慢慢靠近。它们聚集得越多，产生的引力就越多，它们吸引的其他核子就越多。当他们聚集在一起时，他们之间的压力开始增加。在某个时候，这些核子中的许多核子相互挤压，其中一些开始融合。它们在融合时释放的能量足以推动相邻的核子也融合。反应链点燃了整个原子团。
一个明星诞生了。
一颗恒星只是足够的物质，足以迫使质子克服它们的排斥并变成氦7 ，在这个过程中释放出大量的能量，从而引发其他氢原子的进一步融合。
这就是这个反应在宇宙中最重要的曲线中的样子：
这是来自恒星的大部分能量的来源。
让我们在这里暂停一下。看看稳定性的巨大飞跃！为了给您一个数量级的感觉，将其与裂变过程进行比较。
裂变能量插曲
我们通常所说的“核能”就是裂变。它将铀分解成更小的元素。
当它分裂成更小的元素时，这些元素比铀更稳定，因此分裂会释放能量。这就是核裂变能的构成。
您可能知道它的威力有多大，从核弹到为大型核电站供电所需的少量可燃物。
现在将其与聚变能量进行比较，融合氢原子：
这就是为什么每个人都希望8发现聚变的一些原因：它产生的能量比分裂铀原子要多得多，而且你可以用氢代替铀，这很常见。它无处不在。
裂变插曲结束。
好吧，让我们回到我们的星星。我们刚刚看到恒星如何将氢转化为氦，沿着稳定性曲线上升，并在此过程中释放出大量能量。
如果您沿着曲线向上和向右移动，您会看到比氦更大的元素更加稳定。所以在合适的条件下，你应该让氦融合成碳、氮、氧或其他元素……一直到最稳定的铁。
此外，你应该假设你离氦越远，你应该拥有的那种元素就越少，因为制造这些聚变越来越难……除了铁，你应该有相当多的铁，因为它是最多的稳定的元素。除了铁之外，元素的丰度应该会从悬崖上掉下来。
确实，这就是你所看到的。还记得上图显示宇宙中有多少氢和氦吗？下图是相同的，但它显示了所有元素。由于它们很少，它使用对数 y 轴而不是线性轴：第 7 级的元素比第 6 级的元素常见 10 倍。
还记得我们说过氢和氦加起来占宇宙中所有物质的 98% 吗？您可以在这里看到：氢 (H) 约为 10，而碳 (C) 约为 7，这意味着碳比氢少三个数量级（因此少 1000 倍）。
从这张图我们看到了什么？正如预期的那样：
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离氢和氦越远，其他元素就越少。
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与图表简单地继续下降相比，铁（Fe）要多得多。铁 (Fe) 的含量大约是铬 (Cr) 的 100 倍，铬排在铁之前，因此通常应该比铁更常见。
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铁之后的元素脱落得更快。
但是这里还发生了一些其他奇怪的事情：
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为什么锂、铍和硼的原子这么少？作为小原子，不应该有更多吗？
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曲线似乎遵循锯齿形而不是直线。有一个跷跷板，其中元素在更多和更少的频率之间交替。为什么？
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铁之后的元素会迅速下降，但不会降为零。为什么会有合理数量的比铁更不稳定的大元素？
让我们调查一下！
由于氢是最不稳定的元素，它将首先尝试融合成更稳定的元素。它只需要合适的条件：大量氢原子彼此非常接近，一些中子帮助它们粘在一起9 ，以及克服它们排斥力的能源。
这就是恒星所做的：引力将许多氢原子聚集在一起并大量压缩它们。其中一些融合，释放出大量能量。该能量被其他氢原子捕获，这些氢原子也融合并释放能量。这就是为什么恒星大多将氢燃烧成氦。
但在恒星内部发生了其他事情：在重力将这些原子拉在一起的同时，所有这些释放的能量都在将它们炸开。想象一下所有这些氢和氦原子一直在相互撞击：它们正在相互推开！聚变过程中释放的能量也将所有这些元素推开。
像太阳这样的恒星的大小是这两种力之间平衡的直接结果：重力拉力和能量推力。
一旦恒星燃烧了大部分氢并且主要由氦组成，它就会进入另一个阶段。
一方面，氦更重，所以它的引力更强。
另一方面，将氦融合到其他元素中产生的能量更少：我们在稳定性曲线上处于较高位置。
氦聚变会产生碳（一个碳三个氦原子），但这种聚变反应产生的能量比从氢到氦的能量要少得多。
由于更多的氦意味着更多的引力，而更多的氦融合到其他元素中意味着更少的能量将原子推开，因此恒星会压缩。它变得更小。这种增加的压缩增加了能量，这确保了恒星保持发光，但现在合并的是氦而不是氢。
在所有的氦燃烧后，这个过程会继续，在稳定性曲线中向上并向右移动。
稀有的轻元素
但正如我们所见，锂（3 个质子）、铍（4 个质子）和硼（5 个质子）非常少。那是因为它们不能通过融合氦来形成。为什么？
最常见的氦是氦 4：两个质子和两个中子。这种氦比锂、铍或硼更稳定。
一旦你有氦，去锂、铍或硼会导致稳定性降低。所以这不会发生10 。取而代之的是，三个氦融合成一个比氦更稳定的碳，并在此过程中释放能量。
之字形
向碳（六个质子）添加另一个氦气，得到氧气（八个质子）。另一个，你得到霓虹灯（10 个质子）。等等等等。这就是为什么您会在元素频率中看到锯齿形的原因之一。
通常，星星不会一直混合所有元素。当他们有足够的氢气时，这就是他们燃烧最多的东西。但是一旦他们完成了所有的氢，一些人开始将他们的氦融合成碳，等等。所以氢原子大多与其他氢原子融合，形成氦。一旦氦成为唯一剩下的东西，它就会开始融合。
由于氦有两个质子，所以偶数质子的元素比奇数质子的元素多。例如，碳有 6 个质子：它是三个氦的聚变。氧有 8 个质子：碳加一个氦。
同时，氮 (N) 有 7 个质子，氟 (F) 有 9 个，钠 (Na) 有 11 个。这些都是奇数，它们的频率低于偶数。原因之一是因为它们需要添加一个额外的质子。
但总有可用的质子，即使在已经耗尽大部分质子的恒星中也是如此。所以仅凭这一点并不能令人满意地解释这条曲线的锯齿状，一直到最后。是什么赋予了？原因是原子结构。事实证明，当原子具有成对的质子和成对的中子11时，它们也更稳定。结果，在整个曲线中，具有质子对的元素比具有大约相同大小但具有奇数个质子的元素常见约 10 倍。
比铁更大的原子？
燃烧完所有的氢后，恒星的质量越大，温度越高，在核心中融合的原子类型也就越多，一直到非常大质量恒星的铁。
除了铁，核反应不会产生能量，它们会消耗能量。这使得它们的频率大大降低。但是它们仍然是可能的，因为在这么小的地方有这么多的质量，原子仍然可以找到彼此。例如，铁仍然可以找到氦并融合成镍。这会消耗能量，但无论如何周围有很多，因此可以通过这种方式形成比铁更大的原子12 。
该图表总结了每种原子类型的来源。
如您所见，氢和氦主要是在大爆炸期间产生的（还有一点锂）。后来在恒星中形成了一些氦。在那之后，你必须跳到碳来开始在恒星中形成新的原子，因为那里不能形成铍和硼。
但正如您所见，某些元素还有其他来源。事实证明，当恒星爆炸时，会同时发生大量能量和大量聚变。这些新形成的元素，连同恒星的其他元素，在这样的爆炸中穿过宇宙。
那会发生什么？
原文： https://unchartedterritories.tomaspueyo.com/p/the-secret-of-the-universe