All the material objects around you are composed of submicroscopic units we call molecules. And molecules in turn are composed of individual atoms. Molecules frequently break apart and then form new molecules. On the other hand, virtually all the atoms you come in to contact with through the course of your life, the ones in the ground beneath you, the air you breath, the food you eat, those that make up every living thing, including you, have existed for billions of years and were created in places very unlike our planet. How those atoms came about is what I want to share with you. It all started 14 billion years ago with an event we call The Big Bang, which resulted in a universe consisting of gas alone. There were no stars and no planets. The gas was made up only of atoms belonging to the simplest elements. It was about 75 percent hydrogen and almost all the rest was helium. No elements like carbon, oxygen or nitrogen existed. No iron, silver or gold. In some places, the density of this gas was slightly higher than in others. Due to gravity, those places attracted even more gas, which further strengthened the pull of gravity, which then drew more gas in, and so on. Eventually, large dense gas balls formed, shrinking under their own gravity and consequently heating up on the inside. At some point, the core of such a ball gets hot enough that nuclear fusion occurs. Hydrogen atoms smash together to form helium, accompanied by a great release of energy, strong enough to counteract the shrinking force of the gravity. When the energy pushing out from the fusion reactions matches the gravity pulling all the gas inwards, an equilibrium occurs. From this a star is born. Over its lifetime, the fusion reactions in the core of a massive star will produce not only helium, but also carbon, oxygen, nitrogen and all the other elements in the periodic table up to iron. But eventually, the core's fuel runs out, leaving it to collapse completely. That causes an unbelievably powerful explosion we call a supernova. Now there are two things to note about how supernovas create elements. First, this explosion releases so much energy that fusion goes wild forming elements with atoms even heavier than iron like silver, gold and uranium. Second, all the elements that had been accumulating in the core of the star, like carbon, oxygen, nitrogen, iron, as well as all of those formed in the supernova explosion, are ejected in to interstellar space where they mix with the gas that's already there. History then repeats itself. Gas clouds, now containing many elements besides the original hydrogen and helium, have higher density areas that attract more matter, and so on. As before, new stars result. Our sun was born this way about 5 billion years ago. That means that the gas it arose from had itself been enriched with many elements from supernova explosions since the universe began. So that's how the sun wound up with all the elements. It's still mostly hydrogen at 71 percent, with most of the rest being helium at 27 percent. But bear in mind that while the first stars were made up of hydrogen and helium alone, the remaining elements in the periodic table make up two percent of the sun. And what about Earth? Planets form as an incidental process to star formation out of the same gas cloud as the star itself. Small planets like ours don't have enough gravity to hold on to much hydrogen or helium gas since both of those are very light. So, even though carbon, nitrogen, oxygen and so on made up only two percent of the gas cloud from which Earth was formed, these heavier elements form the bulk of our planet and everything on it. Think about this: with the exception of hydrogen and some helium, the ground you walk on, the air you breath, you, everything is made of atoms that were created inside stars. When scientists first worked this out over the first half of the 20th Century, the famous astronomer Harlow Shapley commented, "We are brothers of the boulders, cousins of the clouds."
Todos os objectos à nossa volta são compostos por unidades submicroscópicas a que chamamos moléculas. Por sua vez, as moléculas são compostas por átomos individuais. Frequentemente, as moléculas decompõem-se e formam novas moléculas. Por outro lado, quase todos os átomos com que entramos em contacto em toda a nossa vida, os que compõem o chão por baixo de nós, o ar que respiramos, a comida que comemos, os que compõem todas as coisas vivas, incluindo-nos a nós, existem há milhões de anos e foram criados em lugares muito diferentes do nosso planeta. Como é que esses átomos surgiram é o que quero partilhar convosco. Tudo começou há 14 mil milhões de anos com um evento chamado Big Bang, do qual resultou um universo constituído apenas por gás. Não existiam estrelas nem planetas. O gás era constituído apenas por átomos pertencentes aos elementos mais simples. Cerca de 75% era hidrógenio e o restante era hélio quase exclusivamente. Não existiam elementos como o carbono, o oxigénio ou o nitrogénio. Nem ferro, nem prata ou ouro. Em alguns locais, a densidade deste gás era ligeiramente maior do que noutros. Devido à gravidade, esses locais atraíam cada vez mais gás, o que aumentava ainda mais a força da gravidade, que, por sua vez, atraía mais gás, e assim consecutivamente. Por fim, formaram-se enormes bolas de gás denso contraindo-se sob a pressão da sua própria gravidade e, consequentemente, aquecendo o seu interior. A determinada altura, o núcleo dessa bola aquece ao ponto de ocorrer uma fusão nuclear. Átomos de hidrogénio chocam entre si e formam hélio, enquanto se libertam grandes quantidades de energia, suficientemente fortes para contrariar a força de contracção da gravidade. Quando a energia libertada pelas reacções de fusão iguala a atracção da gravidade que puxa o gás, acontece o equilíbrio. E assim nasce uma estrela. Durante a sua vida, as reacções de fusão no núcleo de uma estrela maciça produzem não só hélio, mas também carbono, oxigénio, nitrogénio e todos os outros elementos da tabela periódica até ao ferro. Mas, por fim, o combustível do núcleo esgota-se deixando-o entrar em colapso completamente. Isto causa uma inacreditável e poderosa explosão a que chamamos supernova. Há duas coisas a assinalar sobre como as supernovas criam os elementos. Em primeiro lugar, estas explosões libertam tanta energia que a fusão se descontrola formando elementos com átomos ainda mais pesados do que o ferro, como a prata, o ouro e o urânio. Em segundo lugar, todos os elementos que se acumularam no núcleo da estrela, como o carbono, o oxigénio, o ferro e todos os outros formados aquando da explosão da supernova, são expulsos para o espaço interestelar onde se misturam com o gás já aí existente. E a história repete-se. Nuvens de gás, contendo agora muitos elementos, para além dos originais hidrogénio e hélio, têm áreas mais densas que atraem mais matéria e assim sucessivamente. Como antes, resultam daí novas estrelas. O nosso Sol formou-se há 5 mil milhões de anos. Tal significa que o gás do qual surgiu foi enriquecido com muitos elementos das explosões de supernovas desde o início do universo. Foi assim que o sol acabou por conter todos os elementos. É constituído por 75% de hidrogénio e o resto constituído por 27% de hélio. Mas tenhamos em mente que, enquanto as primeiras estrelas eram constituídas apenas por hidrogénio e hélio, os restantes elementos da tabela periódica constituem 2% do Sol. Então e a Terra? Os planetas formam-se num processo acidental da formação das estrelas, a partir do mesmo gás que as próprias estrelas. Os planetas pequenos como o nosso não têm gravidade suficiente para aguentarem muito hidrogénio ou hélio pois ambos são gases muito leves. Portanto, apesar de o carbono, o nitrogénio, o oxigénio, etc. perfazerem apenas 2% da nuvem de gás da qual a Terra foi formada, estes elementos mais pesados constituem a maior parte do nosso planeta e de tudo nele contido. Pensem nisto: Com excepção do hidrogénio e de algum hélio, o chão que pisamos, o ar que respiramos, nós próprios, tudo é feito de átomos que foram criados no interior das estrelas. Quando os cientistas perceberam isto, na primeira metade do século XX, o famoso astrónomo Harlow Shapley comentou: "Somos irmãos das rochas, primos das nuvens."