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靠近恒星中心的最深最热层如果温度够高，就可以产生稳定的铁（经由不稳定的镍），但到这儿聚变反应也就到头了。要生成比铁更重的任何元素都会涉及到质量增加，也就是要创造的元素质量大于原料质量之和，要进行这样的创造就得吸收大量的能量而不是释放能量。而且这种聚变也不会驱动进一步反应，反而会使环境冷却，反应停止。
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巨星的结构多少有点像洋葱。每一层都是一个加工厂，将来自上一层更轻的元素融合，逐步产生更重的元素，比如由氢变成氦，由氦变成碳，这样一路进行下去直到变成铁。很多反应都涉及产生α粒子的氦原子核聚变，从而创造出对建造行星和生命来说必不可少元素，比如碳、氧、硅、镁等。（图片由Barbara Schoeberl授权使用）
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我们太阳系中含量最丰富的一些元素（氢和氦除外，它们当然是最多的）完全由α粒子组成，包括碳、氧、硅、镁、钙、铁，它们同时也是构建生命和行星的绝大部分原料。为什么生命是“碳基”的，这是一个可能的原因。作为α过程链生成的首批稳定元素之一，碳不仅数量庞大，还极为多才多艺，可以形成多种化合物或者化学物质，尤其是跟无处不在的氢一起就能形成有机分子，而有机分子是筑造生命的基石。其他重要元素（尤其对生命来说）例如氮和磷，则要由别的聚变过程来生成，通常是扔进一个氢来让单位重量变成奇数。这样一来，你身体里的每一个原子都来自巨星，除了水分子中的氢绝大部分来自大爆炸。听起来可能有点不可思议，但你总得有一个“故乡”呀。
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门捷列夫在19世纪创立的元素周期表，列出了我们已知的所有元素。其中有很多元素比铁要重，但存在数量都很少。这些重元素确实很难制造出来，所以它们的数量相比其他元素而言，只是“痕量”级别。制造这些重元素的过程叫作中子捕获。发生在恒星内部的是慢中子捕获过程，首先是由铁原子核捕获其他聚变反应剩下来的中子，变成较重的铁同位素。这样的同位素并不稳定，通常接着会释放出1个电子，从而使1个中子转变为质子，这就造出了元素周期表中下一个最重的元素。这样依次吸收更多的中子，如此这般，就逐渐慢慢制造出了越来越重的元素。中子捕获的另一种形式叫作快中子捕获，会在巨星灾变性的死亡期间发生。
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再过50亿年，当我们的小恒星——太阳——走向死亡时，它会用尽炽热核心中的氢，聚变反应也会逐渐停息，不再能使太阳保持膨胀，50亿年前一度启动的坍缩又会复现。不过，鉴于太阳那时依旧炽热，进一步坍缩反而会使温度继续升高，直到1亿摄氏度时，氦就被聚变为碳，然后是氧，就像巨星里的情节一样。到那时，太阳会作为红巨星（不是红超巨星）向外膨胀，将核心之外留存的气体大量刮走，并吞没几乎整个内太阳系（包括地球）。在日核里发生的氦聚变（也就是α过程）反应会很快耗尽燃料，而任何更进一步的坍缩都不会使温度高到能触发新的聚变、生成更重元素的地步。到了这一步，我们的恒星就真的走到生命终点了，到它散尽剩下的氢氦大气层之后，余下的是一个慢慢冷却的发光体，称为白矮星，由致密的碳和氧组成，尺寸只是太阳的1/100。
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巨星的死亡是更大的灾难，却也是更高效的生产。巨星一旦用尽聚变燃料，同样也会重启坍缩。鉴于巨星的体积，这种坍缩会非常迅猛，外层气体会被致密的核心反弹开，于是产生巨大的冲击波和爆炸，这就是超新星爆发。前面提到过的快中子捕获就骤然发生在这期间，原子会吸收中子，制造出比铁更重的元素。此外，超新星爆发的重要之处还在于，恒星艰苦工作的结晶（在多层的聚变工厂里制造出来的那些元素）随之被大量抛洒到星系各处，为下一代星云配置了更重的尘埃，这么一来，当新的太阳系生成时，就有了制造行星的原材料。总的来讲，就像前面提过的，超新星对启动前太阳星云的坍缩极为重要，我们这个太阳系很可能就是这么来的，证据就比如，有的陨石尘粒含有铁的更重同位素，而这只能在早前的超新星爆发中生成。
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巨星在超新星爆发中喷射出了绝大部分质量，但剩下的小部分还是会坍缩成致密的一团。要是这部分质量有我们太阳的两三倍那么大，那在每个原子里支撑自身体积的电子云就会经受不住残余质量强大的内部压力，电子会被挤出轨道，压进原子核中，使每个质子都变成中子。一个原子的直径大概在10-10米（叫作1埃，或者Å）的样子，一个原子核的直径是10-15米的量级，两者的差别就好比体育场之于蚂蚁。也就是说，每个原子的直径就会缩小成原始值的10-5，而体积又与半径的立方成正比，物质密度（质量除以体积）就会增加到1015倍，也就是1000万亿倍。这个超级致密的天体，就叫中子星。中子星物质的密度有多大呢？拿它装满一个眼药水瓶，那就差不多跟全体人类的质量相当了。
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要是中子星残留的质量比太阳的3倍还多，彼此挤压的中子就会不堪重负，坍缩成密度更大的一团。据推测那应该由夸克组成，称为夸克星，只是还从未被确认无疑地观测到过。
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而如果剩余质量超过太阳的5倍，那就连夸克都承受不住这压力了，只能坍缩成极小的体积，形成黑洞的核心。特别是，一旦这巨大质量的密度足够，那它的引力会强大到甚至离核心一定距离的光线都无法逃出它的手掌心，这种光线会被捕获的距离就叫作黑洞视界。有证据表明黑洞确实存在，包括星系中心的超大质量黑洞。
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对我们剩下的故事而言，超巨星异常剧烈的最终死亡过程极为关键。这是因为，这些恒星不仅创造出行星和生命赖以形成的原料，而且在超新星爆发时将这些物质喷发到了星系中。要建造行星（以及正在读书的各位），这些大恒星就得足量生产比氢、氦更重的诸多元素，然后放手让它们离开以制造新的尘云，我们的太阳系就是这样子形成于大约50亿年前的。这不但得有足量的巨星从事批量生产各种元素然后爆炸的工作，而且要求做工作的频率够高，才能让星系里出现有能力制造行星的星云。
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仅仅在银河系中与我们非常邻近的地方，都已经发现了很多满载行星的太阳系，这说明这样的太阳系并不罕见，宇宙中有足够的原料供它们形成。而且，如果红超巨星能和我们的小恒星活得一样久，那它们绝大部分今天应该仍然活着，只有极少数已经经历了生产各类元素然后在爆炸中喷发，从而在别处建造太阳系的过程。但由于自身极端高温高压，红超巨星（以及在宇宙还只有几亿岁的时候就已经形成的第一代恒星）的生命周期很短。从氢燃烧产生各种元素一路到铁的整个过程实在太快，巨星用尽燃料、爆发种下其他前太阳星云的种子、功德圆满，一共只需短短数百万年。如此一来，巨星的生生死死可以发生千百次，在几十亿年里生产出足量的尘云，让诸多太阳系得以诞生，这正是50亿年前我们这儿发生的故事。确实，恒星生成的极盛时期大概是100亿年以前，所以在这个游戏中，我们很可能已经落伍了。
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[1] 第三星族星，又称无金属星（天文学上将比氢、氦更重的元素一律称为金属），是理论上应存在于早期宇宙的恒星，质量极大，温度极高，且只由氢、氦组成，其存在的理论依据是大爆炸不可能产生比氢、氦更重的元素。但在今天的宇宙观测中，尚未直接观测到第三星族星。——译者注
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万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起 第三章 太阳系与行星
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太阳系和行星地球形成于大约50亿年前，那时距离宇宙的诞生已经有90亿年了。人类探索太阳系和地球年龄的故事，就像我们挖掘宇宙年龄的故事一样，色彩斑斓，议论纷错。科学界给出的地球年龄，完全不符合宗教信条。然而，这个故事中最为著名、争议最大的论战，却并非发生在科学与宗教之间，而是科学与科学之间。
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英国物理学家威廉·汤姆森（即开尔文男爵，我们上次见到他是在第一章）在19世纪时做了个估算：如果地球最初是一种炽热的熔融状态，随后作为一个均一固态球体突然暴露在（宇宙空间或者大气或者海洋或者随便什么的）冰冷环境下开始冷却，那么要到达今天这个散发热量程度的状态需要经过大概2000万年。开尔文的地球很“年轻”，是因为绝大部分由岩石组成的固态球体可没那么容易冷却，所以要解释地球现在这么高的热量损失速率，它必定是（就地质学角度而言）相当晚近才开始冷却。开尔文还如法炮制估算了太阳的年龄，来确证自己的计算。他已经知道，太阳只有在自身引力作用下坍缩时才会温度升高（事实上在氢聚变还没起作用之前确实是这样），考虑到太阳当下的尺寸和亮度，它的年龄同样也是大概2000万岁。这当然比乌雪大主教引经据典得出的6000岁的地球要老得多，但地质学家和演化生物学家认为这个年纪还是太小。
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根据地质学家（也包括查尔斯·达尔文）估计，至少得上亿年的时间，才可能形成山脉和峡谷中明显的沉积层，尤其考虑到河流及洪水的沉积速率如此缓慢。生物学家的估算也差不多，因为这样才能解释生物的多样性以及为什么慢吞吞的生物变异却已积累起了非常丰富的化石记录。但开尔文男爵（在当时可是一位名满天下的学者）把这仅仅视作定性上的争论，不可能挑战他经过双重物理计算的缜密答案。数十年时间，物理学家和地质学家之间唇枪舌剑甚至出言不逊，最终结果却是，他们全都错了。
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放射性元素的核衰变发现，最终为地球年龄之争划上了句点。亨利·贝可勒尔（Henri Becquerel）以及居里夫妇在19世纪末发现了放射性现象，并因此分享了诺贝尔奖。他们的成果表明，某些特定元素的原子较大，并不稳定，会通过从原子核中放射出粒子的方式自发转变为别的元素，比如铀就是这样。很多放射性元素天然存在于岩石中，因此人们推测，地球内部应该充满了放射性。放射性元素衰变期间剧烈的粒子放射会释放热量，可能就是这股热量让地球即使已经过了数十亿年的冷却，仍然保有今天的温度。不过，由欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）发端的这一理论，今天看来并不那么站得住脚，因为和一开始想的不同，地球上的放射性元素可能没有那么高的浓度，而且放射性对开尔文的静态地球模型的影响也微乎其微。约翰·佩里（John Perry）和奥斯蒙德·费希尔（Osmond Fischer）在论战中提出了另一个理论，认为地球内部的液体对流，就是指热的物质上升而冷的下沉（第四章会详述），可以驳倒开尔文的模型。具体来说就是，通过不断把地球内部的高温物质运送到表面，对流可以维持地球热量的快速损失达数十亿年之久；而开尔文的静态地球模型要解释这一热量损失速率，就只能允许由“最近”开始的热传导来冷却地表附近的物质。此外，20世纪20年代和30年代发现的热核聚变终于让人们认识到，发动太阳的不是引力坍缩，而是氢聚变（还记得第二章内容吗），它也已经让太阳燃烧了数十亿年。
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直到20世纪早期至中期，人们对岩石和陨石进行放射性测年，据此精确测算出地球和太阳系年龄，才使这一争议真正平息。放射性元素衰变时，会将原子从初始的父放射核素（比如铀）最终转变为稳定的子体核素（比如铅）。所以一个样品中父放射核素与子体核素的数量之比可以用来确定矿物年龄——相对于父放射核素，子体核素的数量越多，样品就越老。知道了相对数量，再知道衰变速率（也就是放射性半衰期）就能计算出相当精确的元素年龄。这个办法一锤定音，解决了地球与太阳系年龄的问题，答案是46亿年左右。不过，地球上不存在那么老的岩石，最古老的岩石存在于陨石中，绝大部分都是岩石的碎片，从小行星带落到了地球。
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近50亿年前，在一团巨大尘云的坍缩中，我们的太阳系诞生了。这场坍缩可能是由一次超新星爆发的冲击波而触发的，陨石中可以找到证据：一些陨石里的细小钻石内含有铁的更重同位素，而这些同位素只有在超新星爆发中才能形成。要能形成一颗像太阳这样的恒星，这类星云在开始坍缩时的尺寸通常是直径1到3光年左右，已经是太阳系直径的许多倍。要形成质量大得多的恒星，那星云直径恐怕得有数十光年。然而对于我们直径10万光年的银河系来说，这个尺寸也就是沧海一粟而已。在这样的星云里，也只有叫作星云核的一小部分，最终变成了像我们这样的太阳系。在成功坍缩为太阳系的过程中，星云核的绝大部分质量跌落到中心变成太阳（正如上一章所述），余下的质量只是九牛一毛，接近太阳质量的0.1%左右，变成了太阳系的行星。