辣条锅

对于地球上的各种生命和人类来讲，所使用的各种能量大多直接或者间接的来源于太阳。那么太阳保持活动和发光发热的能量都来自其内部的核聚变，太阳这样的恒星之所以可以保持几十亿年以上的核聚变，是和它们的质量密不可分的。

太阳自身的质量决定了太阳的温度，光度。太阳的质量相当于33万个地球。对于太阳核心部位发生的核聚变，聚变的氢核生成氦核的过程中有了质量损失，通过爱因斯坦质能方程可以计算其损失质量转化的能量大小。

巨大的质量产生向内挤压的重力，使得内部必须具有相应的温度和密度来发生核聚变来平衡重力。而内部的温度控制这核聚变的速率和能量输出，恒星的稳定就在于其向内的重力与内部核聚变向外张力之间的平衡。所以太阳巨大质量，可以保证稳定的输出能量，而不是像氢弹一样一下子释放。

当太阳内部的氢燃烧殆尽，这种平衡就会被打破，恒星将会膨胀或者坍缩。以太阳内部的含有氢的质量和现有的聚变速率来计算，太阳正当壮年，还可以继续燃烧个50来亿年，随后就有可能进入极度膨胀的红巨星状态，地球也可能被吞噬。

量子实验室

太阳中心的热核聚变反应已经进行了约50亿年之久，还有50亿年的反应周期，这就是太阳能够燃烧100亿年的出处，也是太阳的寿命。

太阳是一颗黄矮星，黄矮星就是具有0.8到1.2倍太阳质量之间的恒星，在银河系约占3%（也有说占10％左右）。恒星的寿命是以恒星质量大小来决定的，质量越大的恒星寿命越短，质量越小的恒星寿命越长，同等质量的恒星，寿命都差不多。

所有和太阳质量一样的黄矮星寿命都在100亿年左右，所以太阳寿命也在100亿年左右。

科学家是如何知道恒星的寿命的呢？其中一个重要方法是通过球状星团法得到的。

科学家们假设这个星团的所有恒星都是同时诞生的，开始恒星都很年轻，但过了若干年就不一样了，有的就很老了，有的就很年轻。

就像我们观察人类社会看到了老中青少各种阶段的人，就知道大概人的寿命有多少，哪个阶段的人是什么样子。

天文学家们持续不断的观测了宇宙数百年，对这些恒星的寿命就越来越能够精确的掌握了。赫罗图就是研究恒星关系的重要工具。

那么人类是怎么知道太阳现在的寿命呢？一个重要的方法就是放射性同位素法。

世界上的铀元素（化学符号为U）有两种同位素，U238和U235，它们的半衰期（放射性原子由于衰变使数目减少到一半所经过的时间）分别为7亿年和45亿年。我们通过测量地球和捕获的天体陨石碎片里这些元素的含量及比例，就可以得到太阳系天体的形成时间。

通过检测，地球上的铀矿主要成分为U238，占比99.2739%，U235只占0.7205%，根据二者的半衰期和现在的相对含量，推算出了地球的年龄约46亿年，再根据恒星形成过程，恒星比行星形成的更早，因此这个时间是太阳的年龄下限。

我们知道了像太阳这样的黄矮星寿命，又大体知道了太阳的年龄，所以就知道太阳还有约50亿年的寿命。

太阳最终的宿命是变成一颗白矮星，然后熄灭。所有的黄矮星都是这种归宿。

太阳的核聚变只是发生在太阳中心地带的核反映区，每秒钟都有6亿吨的氢元素聚变为5.96亿吨的氦，同时有400吨的氢转化为能量以电磁辐射的方式释放出来。

太阳的这种反应已经持续50亿年了，还有50亿年的寿命。并不是太阳的所有氢都燃烧完了，而只是中心核反映区的氢燃烧殆尽，辐射压与引力平衡被打破，就导致了太阳的稳定期终结，太阳开始进入极不稳定的回光返照期。

这时的太阳中心收缩，外围膨胀。成为一个半径扩大200~300倍的红巨星，经过10万年左右的不稳定期，外围没有烧完的氢和氦会渐渐消散到太空，形成新的分子云。其实这部分重归宇宙的氢和氦占太阳质量的绝大多数。

太阳内核会收缩为一个密度极大的白矮星，体积只有地球大小，上面的质量一个立方厘米达到10吨。

这就是太阳的归宿。

司空通讯观点，欢迎点评讨论。

时空通讯

太阳的主要组成元素为氢，占比将近75%。氢元素发生核聚变反应是太阳的能量来源，每秒可以释放出多达3.8×10^26焦耳。如果以人类目前全年的用电量来计算，太阳一秒释放的能量足够人类使用上百万年。之所以太阳的核聚变反应可以持续50亿年，并且未来还会再继续50亿年，这与恒星有一套机制来控制核聚变反应有关。

太阳中的所有氢原子核不会同时参与核聚变反应，而是只有一小部分，因为发生核聚变反应需要苛刻的条件。由于氢原子核会互相排斥，并且本身体积很小，它们只有获得巨大的动能才有可能互相碰撞而发生核聚变反应。只有在太阳中心向外延伸20%至25%太阳半径的核心部分，在太阳自身巨大重力的挤压下，那里的氢原子核才会发生核聚变反应。

不过，即便是在太阳核心，也不是所有的氢会同时参与核聚变反应。氢原子核需要发生概率很小的量子隧穿效应才有可能结合成双质子，而且这种粒子很大概率会重新衰变成氢原子核。只有双质子发生概率很小的β+衰变产生氘，才能进一步引发核聚变反应。

根据第一步发生的概率来计算，即便是在极端高温高压的太阳核心，平均每个氢原子核需要耗费大约10亿年的时间才能合成氘。正因为如此，这使得太阳核心的所有氢原子核需要大约100亿年的时间才能完成核聚变反应。

火星一号

太阳的质量大约是2×10∧30千克，相当于33.3万个地球，它的质量占整个太阳系的99.86%。

图：太阳与其他行星的比较

太阳的燃烧是通过核聚变反应释放的能量，它每分钟将6.2亿吨的氢聚变成氦，这个过程大约损失0.7%的质量，约434万吨质量。并释放出约9.2亿亿吨TNT炸药爆炸产生的能量，相当于18.4亿个目前最大的氢弹同时爆炸。即使是这样，在过去45.7亿年里，也只损失了100个地球的质量。

为什么太阳的核聚变反应不在整个太阳中同时发生呢？

核聚变反应的启动条件需要极高的压力和温度。太阳的表面温度约为5800K，核心温度为1360万K，且核心的物质密度达到了每立方厘米150克，所以只有在太阳的核心才会发生核聚变。

太阳的核心大约为半径的1/5～1/4以内。太阳产生热量的99%来自于24%的半径以内，核聚变反应在半径30%处几乎就停止了。所以，核聚变反应功率随着离核心的距离增大而减小。

在太阳核心处的核反应是一个动态平衡的过程，压力增大，核反应速率加快，辐射压就会抵消掉部分压力，核反应的速率就会降低。核反应速率降低后，压力就会增大……如此反复，达到一个平衡状态。

图：红巨星与太阳

即使是整个太阳的主序星阶段也无法将全部的氢燃烧完。它只会将核心处的氢核聚变为氦。大约在50亿年后，由于核心的氢已燃烧完，太阳会向内收缩，核心处的压力增大，氦核的温度上升，紧挨着氦核处的氢聚变反应的速率大大增加。产生大量的热量，热量迫使太阳膨胀，这时太阳变成了红巨星。它的半径将达到地球的轨道，很可能将地球吞噬。也有可能因为剧烈的太阳风的原因，会损失掉大约30%的质量，地球的轨道会向太阳系边缘移动，即使是这样，地球也会被烤干并失去大部分的大气。

图：太阳的演化过程

太阳核心的温度会持续增加，当温度达到1亿开时，就启动了氦的核聚变。氦的核聚变会生成碳。当氦全部转变成碳后，太阳就不再核聚变了。

在太阳的红巨星阶段，剧烈的热脉动会导致外层的气体逃逸，并形成行星状星云。这时就只剩下碳核心。这就是白矮星阶段。白矮星会在以后的数十亿年间慢慢冷却，成为黑矮星，直到宇宙的末日。

地球上的生命是等不到太阳变成红巨星这一天的。由于太阳的光度每过10亿年会增加10%，地球在10亿年后，地表水就会全部被蒸发，绝大部分生物会灭绝。所以，留给人类的时间只有几亿年了，在这之前，我们必须移居到离太阳较远的火星之上，并在太阳成为红巨星时，移居到更远的木星的卫星处。再以后，就必须离开太阳系了，因为太阳会在红巨星阶段发生多次氦闪，每次释放出的能量相当于主序星阶段的1000亿个太阳在那一瞬间释放出的能量。

讲科学堂

理论上讲，你用直径500km的实心铅球裹住一个沙皇炸弹，当炸弹爆炸之后，中心产生的能量会将周围的铅气化并狠狠地推向四周，但是铅球实在太厚了，只能够在中心溶解掉一部分，能量慢慢向外散发，越到后面，温度越低，最后，只有少部分熔融的铅冲出来，形成喷射效应，然后就没有然后了。

你就发飙了吧，那是铅啊，不是氢。好吧，你把20枚沙皇炸弹下沉到马里亚纳海沟，它们的四周可是充满了海水的，海水的组成89%是水，是氢的氧化物，密度比太阳的平均密度高。H够丰富了吧？美国在海底试验了200多次热核爆炸，到现在我们的太平洋还是冰冰凉，没有连锁反应啊？

太阳的结构大致是这样子的，在形成的初期，氢分子慢慢汇聚，中心压力和温度提升到1500万度左右，越往外，温度越低，那时候，分子不能够存在了，外层电子被剥离，形成了一个个单氢离子，压力是几百万个标准大气压，离子之间的距离被大大压缩，比如本来两个离子的距离是北京到上海那么长，慢慢被压缩到北京到通州的距离，互相碰撞的几率增加，中心开始发生了热核爆炸，爆炸产生的光和热迅速传递给外围离子，体积瞬间增大，温度又降低了，等到重新汇聚，反应才得以继续，就这样子，太阳内部不间断地发生核爆，能量慢慢传递到外面，产生的光子在正常密度状态下，可以毫不费劲地穿透等离子物质，扛不住太阳内层等离子是紧紧靠在一起的，光子+热量在里面要花费几万年才能够冲出浓稠的等离子汤，抵达表面的时候，顶多就冒个泡而已，那就是日冕物质喷射，巨大的日冕抛射就是耀斑。

被剥离的电子被强大的引力束缚着，在太阳的表层乱窜，很难冲出太阳表面，电子流动产生的磁场又将电子柳扭曲成封闭的环，内部热核反应释放的电子，不断补充到电子留，总有一些环耐不住寂寞，挣脱磁场，突然挣破，抛射到星际空间，形成太阳风暴，数以亿吨的带电粒子已接近光的速度向外飞出，扫过水星、金星、地球，要不是咱们的地球有个巨大的磁场屏蔽，这些带电微粒直接就穿透我们的身体，把我们身体内的化学键冲得七零八落，化为灰烬。

（这就是电子闭环爆发，规模是几千公里级别）

太阳核心就这样慢慢消耗着氢离子，表面形成波动，也就是说，太阳的表面是起伏不定的，由于体积巨大，距离太远，人类无法观察到而已。

有些区域，暂时没有能量溢出，显得稍微黯淡，这就是太阳黑子，大小相当于月球面积，在太阳表面游离。经过观测，每隔11年，太阳黑子会形成一个峰值。也就是说，11年太阳才喘口气啊！

（人们通过观察太阳黑子，得知太阳是转动的）

太阳的活动是一个动态平衡状态，已经持续了50亿年，总体质量损失也只不过10%，还可以逍遥自在45亿年左右，等到几乎所有的氢核（只有一个质子）被合成了氦核（两个质子）后，太阳会有短暂压缩，氦核开始聚合成更重的原子核，释放出更大的能量，不过这样的核聚变极不稳定，是间断性的，俗称氦闪，外层的离子浓汤也被推到更远的地方，体积开始膨胀，表面温度降低，形成红巨星，这个时候，如果有人类还在地球上的话，每天你看到的日出是天空被太阳全部占据……，光辐射将地球上的所有水分气化，山川崩塌，这不是地球，是地狱。

经过几亿年的挣扎，氦核也用光了，太阳的末日就来临了，在最后几十万年内，氦核就逐步合成了碳、氧、钠、直到合成铁，铁核的出现，也只是几秒钟，整个太阳核心的核聚变戛然而止，内心扛不住了，迅速压缩，外围形成了又一次核聚变，这一次的聚变是灾难性的，释放的能量瞬间可以达到太阳前99亿年释放能量的总和，外围物质根本扛不住啊，只能够爆炸。爆炸的冲击波将内核进一步压缩，形成更为致密的物质，原子核之间不是北京到通州的距离，而是摩肩接踵，密度极大。爆炸的冲击波贯穿整个太阳，短时间内，合成了包括：铜、金、银、镭、铀这样的重金属。向宇宙空间发散。我们佩戴的金戒指，就是上一代恒星在这几秒内产生的。

太阳内核残余质量不算大，也就勉强形成白矮星，幽灵般在宇宙空间游荡，有些恒星内核大得多，就会形成更为致密的中子星，直径大概只有20km，当然，有小妖，就会有魔王，有的恒星内核超过太阳内核的20倍以上，中子星物质也扛不住了，直接无限制压缩下去，形成黑洞，开始疯狂吞噬能够够得到的一切物质，包括光线……

至此，太阳完成了蜕变，恒星的璀璨一生结束。

诸葛村姑

一堆柴火、一只蜡烛都需要时间才能够完全燃烧，虽然太阳发生的是核聚变燃烧，但也是需要时间的。

质量少的时候核聚变很快就会完全发生，但是太阳质量有1.989*10^30kg，是地球质量的33万倍，占整个太阳系质量的99.8%。如此巨大的质量，导致太阳核聚变并不能够瞬间完成。而且太阳发生核聚变还是一种可控核聚变，速度虽然快，但是相对于太阳的质量而言还是显得太小。

其实太阳发生核聚变的区域只限定于太阳的核心，因为只有太阳的核心才有足够的压力导致氢原子聚合，外围的氢原子是无法发生聚变的。而太阳核心的核聚变速度和太阳对核心的压力是相互匹配的，一旦核聚变速度变快，就会导致太阳向外膨胀的力大于引力，进而导致太阳核心膨胀和核心温度变低，从而降低了核聚变速度。可是，一旦核聚变速度过低，就会出现引力大于大于膨胀的力，从而使太阳核心收缩，温度升高，核反应速度增大。

据科学家估算，太阳现在每秒中约有6亿多吨氢原子反应，其中约400万吨的氢核质量转变成了能量。而目前太阳质量中氦已经占了1/4，剩下的3/4是氢，氢原子质量大概是1.49*10^30kg，其中核心的氢质量占整个太阳的百分之6到9之间，所以这么算太阳还可以继续燃烧约50-70亿年。

科学探秘频道

同时参与核聚变？核聚变是有条件的，只有压力和温度达到了聚变的要求，聚变才能进行。

太阳表面，即我们肉眼看到的圆面，是太阳的光球层。光球层的温度只有6000℃，至于压力，在表面无从谈起，因此表面的氢核是没法聚变的。

往里一些，比如对流层、辐射层，压力和温度也达不到聚变的要求，这里的氢核也没法聚变的。

因此，整个太阳聚变的地方，只有在我们称之为核心区的太阳中心。

这里的温度高达1500万℃，压力是整个厚度有5万多千米的太阳外层，相当于2500亿个地球大气压。

这里的物质密度很大，使得氢核更容易相撞，所以这里是太阳聚变发生的地方。

太阳的氢氦储量巨大，不聚变的氢氦就储存在太阳的核心以外的地方，这使得太阳能够持续不断地提供一百亿年的聚变原料。

太阳的大小使得聚变的速度并不是很快，许多巨大的恒星，比如海山二，因为质量巨大，挥霍起来也不觉得吝啬，它们的聚变速度要快的多，光热也产生的更多，但寿命可能只有百万年，最终以超新星爆发的形式华丽谢幕。

这些恒星因为寿命短暂，光热产生的更多，也因此不具备孕育智慧条件，没办法像太阳一样不温不暖地给我们长时间地提供光和热。

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挡不住的熵增

哈哈哈哈哈哈哈哈哈，我又开始无奈的笑了，笑的是那么的悲伤。我就纳闷了，怎么会有那么多的体育老师教物理，真物理老师哪去了？

首先，太阳的中心压力很低，理论上最中心的质点压力是零，温度也不高，根本不可能发生什么核聚变，有个论文甚至宣称太阳的中心只有四千度（怀疑少印了一个k），里面是液体的等离子。

很多人可能不理解，压力不是越往中心就越高吗？其实这是一个误解。

如果我们距离太阳足够远，比如在海王星上看太阳，太阳就是一个点，为了计算的方便，就会用太阳的中心作为质心计算引力；如果你到了太阳的表面，事情就不那么简单了，因为大量的物质并不在太阳的中心，你的旁边的前后左右都有，这个时候的引力就是一个矢量值，不仅仅有来自太阳中心的引力，也有来自旁边的引力，左边的引力会和右面的引力抵消；如果进入太阳内部，还会有上面的物质产生的引力，这个引力会和下面物质产生的引力抵消，换句话说，越深入到内部，抵消的就越厉害，引力就越小，如果到了质心，各个方向物质相等，其引力也互相抵消为零，这个质心可以理解为太阳的中心。

在压力（引力）小于一定值后，就不会有核聚变产生，换句话说，太阳的核聚变只产生在太阳的次表面，那里温度最高，压力最大。

明白这个道理，就明白了为什么太阳会燃烧好多年，因为它是一层一层的燃烧，在燃烧这一层的时候，还有很多物质没有参与。

观上灵云

换一个角度看，太阳是永恒不灭的。光以光速的速度运动，人都感觉不到它的撞击力，所以说光的质量很小。因为光的质量很小，太阳每年向外辐射损失的质量可能相当于一块小石头。但太阳每年吸取的东西挺多的，比如陨石，或慧星残片。获取的质量远大于损失的质量。所以说太阳是永恒不灭的！

朱国清496

我一直都在怀疑，如果太阳能活100亿年，而宇宙的存在也只是138亿年，我们地球的重元素来自上一代恒星这个说法从何谈起，除非有的恒星几十亿年或者更短就爆了，否则138亿年最多只是两代恒星

關鍵字: 太阳 生活 核聚变