爲什麼地球上幾乎找不到第43號元素？
源自Forbes宇宙大爆炸專欄，作者Ethan Siegel
翻譯：毛明遠
本文轉自牧夫天文
整個元素週期表中僅有氫和氦來自宇宙大爆炸，其它的所有元素均形成於恆星。
-恆星核聚變將輕元素變爲更重的元素
-超新星爆發產生更重的元素
-更暴力的宇宙現象，比如中子星合併，會產生最重的元素
-還有就是恆星遺蹟中的星雲物質發生衰變，或遭遇高能宇宙射線轟擊後變爲其它元素
X射線和可見光影像合成
Credit：X-ray： NASA/CXC/SAO/D.Patnaude， Optical： DSS， via http://chandra.harvard.edu/photo/2012/kepler/。
上述理化過程豐富了宇宙的物質，它們發生在宇宙演化的每一個階段，而這些不斷變化中的物質構成了整個宇宙：星雲、恆星和行星等，也包括我們人類所處的太陽系。我們生機勃勃的世界中超過90%的物質源自恆星，這裏所指的恆星並不是現在的太陽，而是前幾代演化過程中的恆星。
但是，當我們檢視元素週期表，我們的世界中竟然缺少第43號元素鍀。它是一種密度和鉛相似的灰色閃亮金屬，熔點超過3000華氏度。
太陽系元素丰度分佈圖
Credit：Image credit： Wikimedia Commons user 28bytes， under a CC-BY-SA-3.0， with annotations added by E。 Siegel。
太陽系沒有鍀的原因是：所有鍀的同位素均是放射衰變物質，其中半衰期最長的也只有幾百萬年。如果早期地球曾經有過一定量的鍀，但40億年過去了，地球上基本找不到鍀。但事實上，有種情況會有鍀產生，理論上鈾礦中物質衰變會有微量的鍀產生。估計每克鈾能夠產生1皮克（10^-12 g）鍀。（譯者注：然而自然界的鈾元素半衰期又極長，幾種同位素中丰度最高的鈾238半衰期長達44.7億年）
天然鈾礦石
Image credit： Andrew Silver， USGS， via Wikimedia Commons， of naturally occurring Uranium Ore， composed of one-trillionth Technetium。
當然，人類有手段製造鍀，方法一是利用核裂變；方法二是粒子加速器轟擊。現實中我們人類還將一種製備出的鍀同位素用於醫療。雖然現在地球自然環境中幾乎找不到鍀，但恆星可以產生鍀，產生鍀的過程並不是開篇列舉的四大方式，而是通過在某種類型的恆星上較穩定的S過程-慢中子捕獲中產生的。
幾個典型恆星的年齡和大小，橫軸十億年計
Image credit： European Southern Observatory （ESO）/M。 Kornmesser， via http://www.eso.org/public/images/eso1337a/。
巨星讓氦聚變碳13或氖22時會產生自由的中子。我們的太陽終將有一天變爲巨星，體積擴大超過現在的100倍。這時就會發生上述作用，額外的中子與內部的重元素作用，向着元素週期表上行。這一過程並不快，但特定階段下鍀的丰度還是會達到一定程度。這一類恆星我們又稱其爲鍀星，我們可以通過光譜分析來確定它，此類恆星的亮度非常高。
太陽和紅巨星對比
Image credit： European Southern Observatory （ESO）， via http://www.eso.org/public/images/eso0729a/。
現實中，這種慢中子捕獲過程會構建鐵元素以上的重元素，直至鉛和鉍元素，但正如上文所述鍀的情況比較特殊，我們只能在這樣的巨星中觀測到。此外，在恆星內核區域形成的鍀還要出現在外層後，我們纔會觀測到。科學家在20世紀30年代就通過實驗室製造出鍀，但直至1952年纔在巨星中觀測到鍀。
有趣的是一方面在巨星階段下逐步產生鍀，恆星終結的時候會通過爆發將包括鍀這樣的物質散佈到周圍，形成行星狀星雲，爾後繼續演化成下一代的恆星和行星；另一方面是鍀的半衰期較短，幾百萬年時間後絕大部分鍀就變爲了其它元素。
星雲
Images credit： NASA / ESA and the Hubble Space Telescope， via hubblesite.org at http://hubblesite.org/hubble_discoveries/10th/photos/slide27.shtml。
新一代的恆星和行星形成之時，鍀早已經消失了。目前科學家甚至沒有在行星狀星雲中發現過鍀。如果非要在自然條件下獲取鍀，一種方式是前文描述過的足夠量的合適的衰變；另一種就是待到太陽巨星絢爛之時！
人造鍀
