NASA科学家写给大众的宇宙通识课！深奥宇宙的极简说明书！从地球、太阳系、银河系，到宇宙深处，跨越137亿年的宇宙旅行指南！NASA哈勃、钱德拉和斯皮策三大太空望远镜220幅全波段照片！哈佛大学天文学教授阿莉莎·古德曼倾情推荐！
毫无疑问，我们已进入一个大科技时代，科技正发挥着越来越重要的作用。2019年更是一个宇宙探索的大年，中国不仅首次成功登陆月球背面，还要建造自己的空间站，美国制定了重返月球的计划，欧洲还要从月球上挖矿。2019年4月，包括中国等世界各国科学家和机构通力合作，获得了首张黑洞照片。
人类探索宇宙，不仅带来了航空航天、通讯、卫星、遥感、气象等切实利益，还回答了人类的根本问题：我们从何处来，将往何处去？人类一直在思考，自己究竟从何处而来？关于生命起源的终极答案，宇宙也能给我们线索。
地球上的生命与恒星的存亡其实有着密切的关系。我们维持生命所需的所有元素——我们呼吸的氧气，我们骨骼中的钙，我们血液中的铁——都是在消逝已久的前几代恒星的熔炉中锻造出来的。
专事于科普工作的NASA科学家金伯利·K.阿坎德在她的新作《NASA自然百科：认识宇宙》中，对地球生命与恒星的关系给予了非常通俗易懂的全面解释。要了解生命，先从恒星开始，因为恒星消亡时才产生了地球上的生命元素。
图注：：这张图片展示了宇宙从大爆炸开始的演化历程。从左到右展示的自宇宙最早期直至现在的时间推进。科学家认为，第一批恒星是在大爆炸几亿年后形成的，第一批星系形成的时间也没有晚太多，而我们的太阳系大约是在大爆炸90 亿年后形成的。
宇宙被认为是在 137 亿年前的那场大爆炸中开始的。从那之后，它迅速膨胀为一个由氢和氦原子组成的超高温的“海洋”。经过一段我们目前尚一无所知的“黑暗时代”，几亿年后，当宇宙冷却到某种程度，就具备了第一批恒星和星系的形成条件。
在宇宙中，当巨大的气体和尘埃云团坍塌时，其中央形成一个热物质内核，恒星由此诞生，就像我们熟知的太阳，这个诞生过程相当漫长。没有进入恒星核心的其他材料可能会变成行星、小行星和其他碎屑。我们的地球就是一颗行星。
图注：太阳系形成示意图。
当这个为期数百万年的诞生过程结束时，恒星就开始通过一种名为核聚变的过程燃烧，或者说发光。原子的核心被称为原子核。核聚变是两个原子的核心相聚或融合的过程。发生核聚变时，两个原子核变成一个更重的原子核。与此同时，大量的能量会被释放出来。
正是这个原子核碰撞并释放能量的过程，为恒星提供了能量。当我们说一颗恒星在“燃烧”，指的就是这件事。在恒星整个生命的大部分时间里，这种燃烧过程涉及氢——宇宙中最轻也是最丰富的元素——聚变成氦的过程。我们的太阳现在就处于这个阶段。
它当一颗恒星缺少用来在核心进行核聚变的氢时（我们的太阳在大约50亿年内都不会出现这种情况），事情就变得更有意思了。随着核心的氢燃烧殆尽，那里不再产生能量。这会导致核心的缓慢坍塌和升温。
然而，核聚变的过程依然在持续，只是转移到了仍然还有氢的部位。这意味着核聚变开始在核心之外富含氢的气体层中发生，且在这个过程中为恒星提供能量。这时恒星进入天文学家所说的“红巨星”阶段。
图注：这张由艺术家创作的插图展示了一颗红巨星的特写，它被一个充满尘埃和气体的圆盘围绕着，顶部和底部还有一对喷流。
当这一层的氢耗尽之后，红巨星中的核聚变过程开始将新创造出的更重的氦原子加入进来。随着核聚变过程沿着元素周期表不断前进，这些发生融合的氦原子变成了更重的元素，直到产生碳。
如果恒星的大小不足以产生融化碳的高温，恒星就会卡在这里。原子无法被聚变成新的原子，碳和氧开始在核心形成和聚集。随着恒星的核心吸引越来越多的物质，它开始升温。这会导致恒星的外层向外膨胀。
红巨星阶段并不总是一个平静和连续的过程。相反，随着核心中的核聚变开始像耗尽汽油的汽车一样喷溅，这颗恒星就会开始不均匀地向外喷射物质。这一阶段的恒星图像被称为“行星状星云”。
图注：蚂蚁星云（Ant Nebula）拥有行星状星云典型的双极形状。一颗类似太阳的恒星将自己的物质从外层喷射出去，直到核心暴露出来，释放出照亮气体的光。这张图片结合了哈勃太空望远镜的可见光数据（绿色和红色）以及钱德拉X射线天文台的X射线数据（蓝色）。
当太阳进入这个阶段时——距离现在还有几十亿年，所以不要担心它会膨胀。这里所讲的膨胀不是膨胀一点，而是膨胀得非常厉害。实际上，天文学家推测当这件事发生时，太阳会向外膨胀得非常厉害，以至于吞没太阳系的内行星：水星、金星，甚至地球。
然后，我们的太阳和它的同类恒星将继续以红巨星的状态存在，直到再也没有任何可以释放的外层物质。留下来的将是一个密度很大的小型内核，天文学家称之为白矮星。由于没有可以用于燃烧的燃料，白矮星只能漂浮在太空中，散发着剩余的热量。这个过程会持续几十亿年，然后在某个时刻，这颗恒星最终会从一块滚烫的余烬变得冰冷黑暗。
图注：这幅图展示了太阳现在的样子以及60 亿年之后它成为一颗白矮星的样子的相对比较。
对于像我们的太阳一样或者更小的恒星，变成白矮星的缓慢过程是它们渐进而平静的命运，但是对于那些更大的恒星呢？简而言之，它们不会安静地走向死亡。那是因为它们的核聚变并没有因碳核聚变而停止，它们会继续这个过程，制造出越来越重的元素，直到铁元素被制造出来。
图注：当一颗恒星临近生命的终点，它的内部会通过核聚变的方式制造出质量很重的元素，例如位于这幅示意图中央的铁。这些重元素会向恒星的中心聚集。
当这颗恒星开始将铁聚变在一起，它就遇到了大麻烦。这是因为当两个铁原子结合时，它们实际上吸收了能量，而不是像其他原子那样释放能量。这会引发失控的连锁反应，导致恒星冷却，压力陡然下降。这最终将导致整颗恒星的戏剧性坍塌。
当这颗恒星坍塌到核心上时，它会反弹，将恒星的外层物质全部抛射到太空中去。天文学家将这种爆发称为超新星爆发。超新星爆发释放出的能量如此之大，以至于它们的光芒可以盖过整个星系。考虑到一个星系含有数十亿颗恒星，这就让人觉得更了不起了。
当这些大质量恒星经历超新星爆发时，仍然会留下恒星曾经的核心。然而，这个核心的密度现在更大了，因为核心的坍塌一直在继续，直到所有电子和中子都被挤在一起，就像一群人正急于穿过出口却无处可去一样。这个被压缩的天体被科学家称为中子星，它的密度是如此之大，一汤匙中子星的重量就超过10亿吨。
图注：IC443是一个超新星遗迹，里面镶嵌着一颗中子星（图片中下部较亮的蓝色斑点）。这张合成图片中有三种不同类型的光，包括X射线（蓝色）、无线电波（绿色）和可见光（红色）。
每当一颗恒星将它聚变出的元素释放到太空中去时，无论是以红巨星缓慢吹拂的方式还是超新星猛烈爆发的方式，它实际上都是在用这些重要元素丰富下一代的恒星和行星。地球上所有这些生命元素，其实都来自宇宙。当初，它们被太阳诞生时的云团卷入了我们这颗正在发育中的地球行星。从这个角度来看，人类只不过是宇宙核聚变的废料。相信随着人类对宇宙的不断探索，将会揭示出越来越多关于生命的更多奥秘。
