外太空沒有氧氣？並不正確，它可能比你想象得還要多

原子由原子核和繞核運動的電子組成，原子構成一般物質的最小單位，稱為元素。

氫元素在地球上肯定是最豐富的元素，排在第二位的是氦，那麼第三豐富的元素呢？你知道是哪個？

早期宇宙的元素形成

在地球上我們見到過、接觸過的所有物質都是由相同的兩種亞原子粒子組成的，分別是帶正電荷的原子核和帶負電荷的電子。這兩種亞原子粒子組成的原子之間的相互作用的方式（相互吸引、排斥、結合，組成新的、穩定的能態）是我們周圍世界存在的原因。

雖然正是這些原子的量子和電磁特性使我們今天的宇宙得以存在，但我們知道，宇宙一開始並沒有創造出組成萬物所必需的基本成分，更沒有所謂的化學鍵和大分子結構。

那麼為了形成不同的化學鍵結構，為了構建複雜的分子，我們就需要大量不同的原子。不僅數量要大，而且原子的類型也要充滿多樣性，或者原子核中質子的數量要有很大的差異。

我們人體存在本身需要碳、氮、氧、磷、鈣和鐵等元素，而這些元素在宇宙最初形成時並不存在。我們地球的存在本身就需要硅和無數其他重元素，甚至是從元素週期表中最輕的元素一直到我們發現的自然產生的最重元素：鈾，甚至是微量的鈈。

事實上，我們在太陽系中所有的星球上都發現了元素週期表中所有重元素存在的跡象，除了在人類干預下創造的重元素外，我們已經在自然界發現了大約90種自然存在的重元素。然而，在人類出現之前，在生命出現之前，在太陽系形成之前，甚至在最早的恆星出現之前，在宇宙的早期階段只是一片由質子、中子和電子組成的、熾熱的離子海洋。

隨着年輕、熾熱、稠密的宇宙隨時間的膨脹和冷卻，最終達到了一個可以穩定融合質子和中子形成原子核的程度。因為早期輻射粒子（主要是光子）的能量過高會導致原子核被電離，也可以認為會被炸開。

這個時候質子和中子的融合稱為大爆炸核合成，其實跟恆星聚變的道理一樣，也是一系列的連鎖反應。但一個不斷膨脹的宇宙不管從密度還是温度上來説都不及恆星核心的條件。

因此在一次連鎖反應之後，我們得到了一個這樣的宇宙（按照原子核的數量計算），其中氫佔92%，氦佔8%，鋰佔0.00000001%，鈹佔10^-19。為什麼沒有形成更重的元素？

單個質子和單箇中子融合形成氘，這是鏈式反應中形成重元素的第一步，要想完成這一步宇宙必須先冷卻下來，但是當宇宙達到相對較低的温度和密度時，除了少量的氦以及微量的鋰以外，宇宙就已經制造不出來任何比鋰更重的元素了（具體細節可以戳上面的鏈接）。因此宇宙在很短的一段時間裏，鋰（元素週期表上的第三種元素），是宇宙中第三豐富的元素。

但是宇宙一旦開始形成恆星，一切都會發生改變。

在第一顆恆星誕生的那一刻，也就是宇宙大爆炸後大約5千萬到1億年間，大量的氫開始融合成氦。但更重要的是，那些質量最大的恆星（質量是我們太陽的8倍以上的恆星）燃燒氫燃料的速度非常快，只需要幾百萬年的時間就能耗盡氫，一旦這些大質量恆星的核心耗盡了氫，氦核就會收縮並開始將三個氦核融合成碳！只要在整個宇宙中存在大約一萬億顆這樣的重恆星，鋰作為第三豐富元素的位置就會不保。

但最終打破紀錄，佔據第三位置的會是碳元素嗎？

我們知道恆星是在類似於洋葱層中融合元素的。其中氦聚變生成碳，然後在更高的温度下，碳聚變生成氧，氧聚變生成硅和硫，硅最終聚變生成鐵。在最末端，鐵無法融合成其他任何元素，因此核心內爆，恆星變成超新星。

超新星的爆發豐富了宇宙介質中元素的成分，包括返回的氫，氦，碳，氧，硅，和所有通過其他過程形成的元素：

慢中子俘獲（s過程），按順序形成元素，氦原子核與較重元素的聚變（產生氖、鎂、氬、鈣等），以及快中子俘獲（r過程），創造比鐵更重的元素，一直到鈾，甚至更重。超新星爆發以後會產生大量的自由中子，這些中子會和其他原子核碰撞並被捕獲，所以稱為中子捕獲過程，其中按捕獲的速度又分為快和慢。它們都可以形成在恆星聚變過程中，無法產生的元素。

經過許多代的恆星，這一過程不斷地重複。而大質量恆星並不只是簡單地將氫融合成氦來產生能量（也就是質子-質子鏈反應），而是更多的在所謂的碳-氮-氧循環（也稱為貝斯-魏茨澤克-循環）中融合氫來產生能量，隨着時間的推移，碳和氧的數量會趨於平衡（氮的含量有所減少）。當恆星經歷氦融合產生碳以後，很容易再獲得額外的氦原子來形成氧，甚至在氧中加入另一個氦來形成氖。當一顆恆星大到足以開始將碳燃燒成氧時，這個過程幾乎完成得很徹底，因此產生的氧要比碳多得多。

當我們觀察超新星遺蹟和行星狀星雲時，它們分別是超大質量恆星和類太陽恆星的遺蹟，我們發現在所有的情況下，氧的質量和數量都遠遠超過了碳。我們還發現，其他較重的元素都沒有氧的含量高！這些氧原子可以在氣體雲中鍵合形成氧氣，甚至和其他元素組成更加複雜的化學分子。

宇宙的壽命和恆星存在的時間，告訴我們氧是宇宙中第三豐富的元素。但它仍然遠遠落後於氦和氫。

總結

經過足夠長的時間週期，至少是現在宇宙年齡的幾千倍，甚至可能是幾百萬倍，氦最終可能超過氫成為宇宙中最豐富的元素。在非常長的時間尺度上，宇宙中的元素經過一代又一代恆星的融合，甚至碳和氧最終可能會超過氦稱為宇宙中最豐富的元素。

宇宙仍在變化！氧是目前宇宙中第三豐富的元素，在非常遙遠的未來，甚至可能有機會隨着氫，然後可能是氦從高位跌落而進一步上升。當我們每次一次呼吸並感到滿足的時候，應該感謝所有在我們之前存在的星星，因為它們是地球擁有氧氣的唯一的原因！