4 孕育元素的摇篮
今天我们已经知道，超过一百种元素存在于宇宙中，而它们的绝大多数都来自恒星内部的热核聚变反应。如我们前面已经解释过的那样，原子核中唯一带电的是质子，原子核中的质子数决定了原子核带多少个正电荷，也决定了原子核外有多少个带负电荷的电子。因此，不同质子数的原子核具有不同的核电荷数，也就具有不同的电子数，从而具有不同的电子性质，在宏观尺度上表现为各种不同化学性质的差异。我们把那些具有相同质子数的原子称为同种元素（element）的原子，或者把同种原子组成的宏观物质叫作某种元素。
前面我们已经提到，在初生的恒星中，主要的元素是原子核内有一个质子的氢元素和两个质子的氦元素，它们构成了恒星燃烧的主要“燃料”。在恒星演化的漫长过程中，它们可以不断地发生聚变反应，从而产生新的元素。一颗像太阳这样的普通恒星，其氢元素和氦元素足以支撑一百亿年的燃烧，因此产生的元素也是巨量的。
在漫长的一百亿年中，主要的过程是氢元素的聚变反应，通常是四个氕原子融合成一个氦-4原子的“氢燃烧”过程。如果还记得上一节我们讲过的从氕到氦-3原子的聚变过程，实际上相当于三个氕原子经过聚变得到一个氦-3原子：
氕+氕+氕⇒氦-3+能量
两个氦-3原子可以进一步发生聚变反应，得到一个氦-4原子，并释放两个氕原子，同时放出能量：
氦-3+氦-3⇒氦-4+氕+氕+能量
所以实际上是六个氕原子生成了一个氦-4，又释放出两个氕原子，相当于四个氕原子生成了一个氦-4原子。这就是太阳中主要发生的“氢燃烧”过程。
但到目前为止，恒星还不能产生质子数更大的原子。要想进一步产生其他原子，就需要更高的温度和更多的原料。当恒星演化到后期，氢原子燃烧殆尽时，氦原子就会在高温高压下进一步发生各种聚变，最直接的聚变就是三个氦-4聚变的“3氦过程”。两个氦-4原子可以发生聚变反应，得到含有四个质子和四个中子的铍-8原子：
氦-4+氦-4⇒铍-8+能量
铍（Beryllium，因为最早发现于绿柱石beryl中而得名）-8原子不太稳定，如果此时它周围有多余的氦-4原子，它马上就会抓住氦-4，接着发生下一步聚变反应，得到含有六个质子和六个中子的碳-12原子：
铍-8+氦-4⇒碳-12+能量
这两步过程可以进行得非常迅速，总的过程相当于三个氦-4聚变成一个碳-12原子：
氦-4+氦-4+氦-4⇒碳-12+能量
碳（carbon，来自拉丁文“煤炭”carbo）元素是我们耳熟能详的最重要的元素之一，也是地球上生命活动最主要的组成元素之一。生成碳元素的“3氦过程”同样十分重要。在恒星演化过程中，往往在前期积累了大量的氦-4，然后就像在一堆干木柴上扔了一根点燃的火柴一样，在极短的时间内发生连锁的“3氦过程”（俗称“氦闪”），迅速把几乎所有的氦-4聚变掉，同时放出巨大的能量，可能比整个银河系同一时间内放出的能量都要多。在这一瞬间，恒星也会变得非常明亮，即使很远的地方也会看到爆炸的光芒，这被地球上的人们称为超新星（supernova）。
“至和元年（公元1054年）五月，晨出东方，守天关，昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。”——《宋会要》卷五十二
（译文：至和元年五月，一颗新星在早晨从东方升起，位于天关区域，在白天都可以看见，像太白金星一样。它有四散的星芒，颜色是红白色，一共显现了二十三天。）
1054年超新星爆发的残骸蟹状星云（Crab Nebula，金牛座M1）
超新星爆发释放出巨大的能量，但同时也进一步促进了原子之间的相互聚合。在极高的温度和压力下，碳原子和其他原子还可以进一步聚合，从而形成大于六个质子数的各种重元素。例如，一个碳-12原子接着聚合一个氦-4原子，得到八个质子的氧-16原子：
碳-12+氦-4⇒氧-16+能量
氧（oxygen，其意义是酸“oxy”和根基“gene”）同样是生命活动中不可或缺的元素，今天我们主要依靠呼吸氧气为生。按照上面的方式，相差两个质子数的原子大多可以通过继续聚合一个氦-4原子来获得，从而制造出了大多数重元素，一直到含有26个质子的铁（iron）元素。但当铁原子想要继续聚合氦-4原子时，这一过程就不是放出能量，而是需要吸收能量了，因此如果没有进一步的能量来源，常规的核反应到这里就不能再进行下去了。
超新星爆发后，恒星便只剩下一个残骸。但有的恒星质量比较大，残骸可以继续维持核反应，这时就塌陷为温度更高、压力更大、更加致密的白矮星。在白矮星上，由于引力的作用，之前难以发生的核聚变反应可以继续进行下去，从而得到更重的元素，例如金（gold）元素和银（silver）元素。随着恒星质量进一步增大，比白矮星更致密的中子星发生碰撞的时候会造成更多的重元素，比方说铂（Platinum，即白金）元素。
在漫长的恒星演化史中，各种元素主要都是通过上述方式一步步合成出来的。而随着恒星的死亡和星际运动，这些元素的原子飘散到宇宙的各个角落，其中有一些恰好组合起来，构成了我们所栖居的地球世界。