辣條鍋

太陽是通過其內部氫元素的核聚變反應產生能量來維持燃燒的。人類製造的氫彈也是利用了氫元素的核聚變反應來釋放出巨大的能量的。同樣都是核聚變反應嗎，為什麼人類製造的氫彈一瞬間就爆炸完了，而太陽卻能夠燃燒百億年呢？

首先，太陽的質量比氫彈要大太多了。人類歷史上製造出的最大的氫彈是前蘇聯大伊萬氫彈，重量26噸。然而太陽的質量大約是2×10^27噸，是地球質量的33萬倍。其中氫元素佔到了太陽質量的75%。因此太陽又足夠的核聚變原材料供它燃燒百億年。

第二點，太陽雖然質量非常的大，但是體積也非常的大。太陽的體積是地球的130萬倍。太陽的整體密度不大，每立方只有大約米1.4噸。這個密度僅僅是水的密度的1.4倍。因此，太陽上的大部分氫元素不具備發生核聚變反應的條件。

第三點，太陽只有在最核心的地方才具備發生核聚變反應的條件。從太陽的中心到0.25個太陽半徑以內是太陽的核心處，這裡的溫度高達1500萬℃，壓力相當於3000億個大氣壓。只有位於太陽核心區的氫元素才會發生核聚變反應。

太陽內部的核聚變反應消耗的氫元素是相當驚人的。在太陽的內部的熱核反應區，大約每秒鐘就有6億噸的氫元素經過核聚變反應產生5.96億噸的氦元素，釋放出了相當於400萬噸的氫的能量。太陽僅僅每秒發生核聚變反應的氫的質量就是大伊萬氫彈的2300萬倍。然而太陽即使是以這樣的速度進行核聚變反應，也要持續大約100億年的時間。

在宇宙中質量像太陽大小的恆星屬於黃矮星。這一類的恆星能夠大多都能夠燃燒百億年的時間。不過還有一些恆星質量要比太陽小得多，被稱為紅矮星。這些恆星內部的核聚變反應非常的緩慢，因此這些恆星持續燃燒的時間會更長。

兔斯基聊科學

我覺得到目前為止，人類對太陽的理解還很粗糙，很簡單化。太陽距離地球有多遠？約1.5億公里。這是什麼概念？如果這個里程，你坐飛機的話，要坐多久？我都算不來了。

這麼遠的距離，夏天的太陽可以把你烤焦。這種穩定的燃燒，能量超級巨大的燃燒，我認為不能理解為是地球上的某種燃燒，不能理解為我們現在知道的核燃燒，也不能用我們已有的燃燒理論去解釋。

我覺得，要用哲學的方法看待太陽的燃燒，應該這麼說:太陽是燃燒的，燃燒是太陽存在的唯一方式，世界上沒有不燃燒的太陽。

太陽的燃燒是絕對的，太陽的燃燒既是釋放能量的過程，同時也是吸收補充能量的過程，一邊釋放能量一邊吸收產生新的能量，從而為太陽持續燃燒、永遠燃燒提供源源不斷的能量。

我是歷史領域創作者，對於科學知識，有一點常識，但對於太陽燃燒這樣的問題，我覺得沒那麼簡單。按照正常的理解，沒有東西可以這樣長期巨大燃燒。

太陽什麼時候能把能量消耗完？我認為太陽的滅亡是肯定的，多少年不知道，但太陽的滅亡不是因為能量耗盡，而是其他原因。

坐看東南了

太陽的質量大約是2×10∧30千克，相當於33.3萬個地球，它的質量佔整個太陽系的99.86%。

圖：太陽與其他行星的比較

太陽的燃燒是通過核聚變反應釋放的能量，它每分鐘將6.2億噸的氫聚變成氦，這個過程大約損失0.7%的質量，約434萬噸質量。並釋放出約9.2億億噸TNT炸藥爆炸產生的能量，相當於18.4億個目前最大的氫彈同時爆炸。即使是這樣，在過去45.7億年裡，也只損失了100個地球的質量。

為什麼太陽的核聚變反應不在整個太陽中同時發生呢？

核聚變反應的啟動條件需要極高的壓力和溫度。太陽的表面溫度約為5800K，核心溫度為1360萬K，且核心的物質密度達到了每立方厘米150克，所以只有在太陽的核心才會發生核聚變。

圖：太陽結構

太陽的核心大約為半徑的1/5～1/4以內。太陽產生熱量的99%來自於24%的半徑以內，核聚變反應在半徑30%處幾乎就停止了。所以，核聚變反應功率隨著離核心的距離增大而減小。

在太陽核心處的核反應是一個動態平衡的過程，壓力增大，核反應速率加快，輻射壓就會抵消掉部分壓力，核反應的速率就會降低。核反應速率降低後，壓力就會增大……如此反覆，達到一個平衡狀態。

圖：紅巨星與太陽

即使是整個太陽的主序星階段也無法將全部的氫燃燒完。它只會將核心處的氫核聚變為氦。大約在50億年後，由於核心的氫已燃燒完，太陽會向內收縮，核心處的壓力增大，氦核的溫度上升，緊挨著氦核處的氫聚變反應的速率大大增加。產生大量的熱量，熱量迫使太陽膨脹，這時太陽變成了紅巨星。它的半徑將達到地球的軌道，很可能將地球吞噬。也有可能因為劇烈的太陽風的原因，會損失掉大約30%的質量，地球的軌道會向太陽系邊緣移動，即使是這樣，地球也會被烤乾並失去大部分的大氣。

圖：太陽的演化過程

太陽核心的溫度會持續增加，當溫度達到1億開時，就啟動了氦的核聚變。氦的核聚變會生成碳。當氦全部轉變成碳後，太陽就不再核聚變了。

在太陽的紅巨星階段，劇烈的熱脈動會導致外層的氣體逃逸，並形成行星狀星雲。這時就只剩下碳核心。這就是白矮星階段。白矮星會在以後的數十億年間慢慢冷卻，成為黑矮星，直到宇宙的末日。

地球上的生命是等不到太陽變成紅巨星這一天的。由於太陽的光度每過10億年會增加10%，地球在10億年後，地表水就會全部被蒸發，絕大部分生物會滅絕。所以，留給人類的時間只有幾億年了，在這之前，我們必須移居到離太陽較遠的火星之上，並在太陽成為紅巨星時，移居到更遠的木星的衛星處。再以後，就必須離開太陽系了，因為太陽會在紅巨星階段發生多次氦閃，每次釋放出的能量相當於主序星階段的1000億個太陽在那一瞬間釋放出的能量。

講科學堂

這個問題分為三個小問題：

1、太陽的壽命是根據太陽的質量除以太陽每秒鐘聚變消耗掉的物質來計算的。核聚變和核裂變一樣，都是會消耗物質的，所以太陽一定是有壽命的。

太陽是一個巨大的氣體星球，由於引力吸引，越是靠近中心，密度就越大，質量大概1.9891*10^30千克，每秒鐘聚變消耗大概400萬噸質量，這樣算下來，太陽的的壽命大概就是100億年，目前太陽大約壽命是50億年。

2、太陽中含有的元素種類也有近百種，氫和氦佔了絕大部分，其中氫大概佔了百分之七十一，氦佔了百分之二十七。

並不是太陽整體在發生核反應，如果整體都在發生核反應，太陽早就作為氫彈爆炸了，研究表明，真正發生核反應的區域是在太陽球形到四分之一半徑處，這一區域由於引力吸引具備高溫、高壓的聚變條件（溫度大概1500億攝氏度，300億兆帕），聚變就是在此發生的。

經過層層熱傳遞和熱輻射，太陽表明的溫度只有6000攝氏度，是無法達到氫核聚變條件的。

3、發生核聚變的核心反應區位於中心，沒有發生聚變反應的氫位於四分之一半徑以外的區域，當內部核反應區域的氫消耗掉以後，外部的氫由於引力吸引被壓到中心繼續參與核反應。

今天的科普就到這裡了，更多科普歡迎關注本號！

核先生科普

一堆柴火、一隻蠟燭都需要時間才能夠完全燃燒，雖然太陽發生的是核聚變燃燒，但也是需要時間的。

質量少的時候核聚變很快就會完全發生，但是太陽質量有1.989*10^30kg，是地球質量的33萬倍，佔整個太陽系質量的99.8%。如此巨大的質量，導致太陽核聚變並不能夠瞬間完成。而且太陽發生核聚變還是一種可控核聚變，速度雖然快，但是相對於太陽的質量而言還是顯得太小。

其實太陽發生核聚變的區域只限定於太陽的核心，因為只有太陽的核心才有足夠的壓力導致氫原子聚合，外圍的氫原子是無法發生聚變的。而太陽核心的核聚變速度和太陽對核心的壓力是相互匹配的，一旦核聚變速度變快，就會導致太陽向外膨脹的力大於引力，進而導致太陽核心膨脹和核心溫度變低，從而降低了核聚變速度。可是，一旦核聚變速度過低，就會出現引力大於大於膨脹的力，從而使太陽核心收縮，溫度升高，核反應速度增大。這是這種自我調節的反饋機制，導致太陽的核聚變速度不快也不慢，保持一個穩定的值。

據科學家估算，太陽現在每秒中約有6億多噸氫原子反應，其中約400萬噸的氫核質量轉變成了能量。而目前太陽質量中氦已經佔了1/4，剩下的3/4是氫，氫原子質量大概是1.49*10^30kg，其中核心的氫質量佔整個太陽的百分之6到9之間，所以這麼算太陽還可以繼續燃燒約50-70億年。

科學探秘頻道

太陽的主要組成元素為氫，佔比將近75%。氫元素髮生核聚變反應是太陽的能量來源，每秒可以釋放出多達3.8×10^26焦耳。如果以人類目前全年的用電量來計算，太陽一秒釋放的能量足夠人類使用上百萬年。之所以太陽的核聚變反應可以持續50億年，並且未來還會再繼續50億年，這與恆星有一套機制來控制核聚變反應有關。

太陽中的所有氫原子核不會同時參與核聚變反應，而是隻有一小部分，因為發生核聚變反應需要苛刻的條件。由於氫原子核會互相排斥，並且本身體積很小，它們只有獲得巨大的動能才有可能互相碰撞而發生核聚變反應。只有在太陽中心向外延伸20%至25%太陽半徑的核心部分，在太陽自身巨大重力的擠壓下，那裡的氫原子核才會發生核聚變反應。

不過，即便是在太陽核心，也不是所有的氫會同時參與核聚變反應。氫原子核需要發生概率很小的量子隧穿效應才有可能結合成雙質子，而且這種粒子很大概率會重新衰變成氫原子核。只有雙質子發生概率很小的β+衰變產生氘，才能進一步引發核聚變反應。

根據第一步發生的概率來計算，即便是在極端高溫高壓的太陽核心，平均每個氫原子核需要耗費大約10億年的時間才能合成氘。正因為如此，這使得太陽核心的所有氫原子核需要大約100億年的時間才能完成核聚變反應。

火星一號

太陽是如何燃燒的？

太陽的質量佔到了整個太陽系總質量的99.86%，大約是2*10^30千克，太陽的直徑相當於地球直徑的109倍。地球在太陽面前顯得微不足道。

但是，我們都知道宇宙中只有恆星才會發光，像地球，木星作為行星是不會發光的。這裡其實就涉及到了一個問題，那就是為什麼太陽會發光？

這個問題其實一直困擾著學者們，很早以前就有人猜測，太陽是煤球。但是，有人經過計算發現，如果太陽是煤球，那隻夠燃燒5000年的，還沒有人類的文明史時間長。

後來，以漢斯貝特為代表了幾個科學家，他們發現了太陽的核心一直在進行核聚變。

• 質子-質子鏈反應
  

當然，這只是籠統的說，如果具體點說，太陽內部主要發生“質子-質子鏈反應”，也被稱為：pp鏈反應。

粗暴地理解，就是一坨質子通過一系列最終變為氦4，並且釋放出大量的能量的過程。

• 碳氮氧循環
  

除了pp鏈反應，恆星內核的燃燒還有一款反應，被叫做碳氮氧循環。

這個過程如果也要粗暴的理解的話，可以理解成，一坨質子通過一系列的反應，最終生成氦4，而且還是釋放出大量的能量。和pp鏈反應不同的是，這個過程當中會出現碳，氮，氧元素，可以把它們理解成起到催化作用的存在。

不過，碳氮氧循環並不是太陽核心的主要反應，它主要是發生在比太陽稍稍大一點的恆星內部。

太陽為什麼會持續燃燒

不知道你發現沒有，其實這個氫彈的原理特別像。

但是，太陽為什麼沒有一下子全炸了？所以，其實太陽燃燒不是單純的核聚變反應。它其實更加複雜，應該叫做：可控核聚變反應。這技術應該是人類夢寐以求的，太陽的內部就在發生這樣的反應。那究竟是咋回事呢？

其實，我們知道太陽的質量巨大，所以自身的引力就特別特別大，並且有向中心壓縮的去趨勢，隨著引力向中心的作用，中心的溫度就會一直上升，直到把中心點燃。

這時候發的核聚變會向外產生一個壓力，這個向外的壓力會和向內的引力形成動態平衡。

整個過程大概是這樣的，如果引力佔了上風，就會向中心壓，這時候太陽核心的溫度就會升高，核聚變產生更大的向外壓力。於是，就緩解了引力對中心壓縮的趨勢。

如果核聚變佔了上風，引力佔了下風，那核心被壓縮的趨勢就會減小，這時候溫度就會下降，核聚變反應的劇烈程度就會下降。

通過這樣的方式，太陽就可以循序漸進地向外輻射能量，而不是一下子炸掉。

除此之外，還有另外一個原因，太陽內核產生的光子，需要10多萬年才能到達表面，然後到達地球又需要8分多鐘。這是因為太陽是一個等離子體，光子要出來其實是跌跌撞撞的，要擠出來需要很長的時間。

所以，其實達到地球的光子是10多萬年前就產生的。

鍾銘聊科學

理論上講，你用直徑500km的實心鉛球裹住一個沙皇炸彈，當炸彈爆炸之後，中心產生的能量會將周圍的鉛氣化並狠狠地推向四周，但是鉛球實在太厚了，只能夠在中心溶解掉一部分，能量慢慢向外散發，越到後面，溫度越低，最後，只有少部分熔融的鉛衝出來，形成噴射效應，然後就沒有然後了。

你就發飆了吧，那是鉛啊，不是氫。好吧，你把20枚沙皇炸彈下沉到馬裡亞納海溝，它們的四周可是充滿了海水的，海水的組成89%是水，是氫的氧化物，密度比太陽的平均密度高。H夠豐富了吧？美國在海底試驗了200多次熱核爆炸，到現在我們的太平洋還是冰冰涼，沒有連鎖反應啊？

太陽的結構大致是這樣子的，在形成的初期，氫分子慢慢匯聚，中心壓力和溫度提升到1500萬度左右，越往外，溫度越低，那時候，分子不能夠存在了，外層電子被剝離，形成了一個個單氫離子，壓力是幾百萬個標準大氣壓，離子之間的距離被大大壓縮，比如本來兩個離子的距離是北京到上海那麼長，慢慢被壓縮到北京到通州的距離，互相碰撞的幾率增加，中心開始發生了熱核爆炸，爆炸產生的光和熱迅速傳遞給外圍離子，體積瞬間增大，溫度又降低了，等到重新匯聚，反應才得以繼續，就這樣子，太陽內部不間斷地發生核爆，能量慢慢傳遞到外面，產生的光子在正常密度狀態下，可以毫不費勁地穿透等離子物質，扛不住太陽內層等離子是緊緊靠在一起的，光子+熱量在裡面要花費幾萬年才能夠衝出濃稠的等離子湯，抵達表面的時候，頂多就冒個泡而已，那就是日冕物質噴射，巨大的日冕拋射就是耀斑。

被剝離的電子被強大的引力束縛著，在太陽的表層亂竄，很難衝出太陽表面，電子流動產生的磁場又將電子柳扭曲成封閉的環，內部熱核反應釋放的電子，不斷補充到電子留，總有一些環耐不住寂寞，掙脫磁場，突然掙破，拋射到星際空間，形成太陽風暴，數以億噸的帶電粒子已接近光的速度向外飛出，掃過水星、金星、地球，要不是咱們的地球有個巨大的磁場屏蔽，這些帶電微粒直接就穿透我們的身體，把我們身體內的化學鍵衝得七零八落，化為灰燼。

（這就是電子閉環爆發，規模是幾千公里級別）

太陽核心就這樣慢慢消耗著氫離子，表面形成波動，也就是說，太陽的表面是起伏不定的，由於體積巨大，距離太遠，人類無法觀察到而已。

有些區域，暫時沒有能量溢出，顯得稍微黯淡，這就是太陽黑子，大小相當於月球面積，在太陽表面遊離。經過觀測，每隔11年，太陽黑子會形成一個峰值。也就是說，11年太陽才喘口氣啊！

（人們通過觀察太陽黑子，得知太陽是轉動的）

太陽的活動是一個動態平衡狀態，已經持續了50億年，總體質量損失也只不過10%，還可以逍遙自在45億年左右，等到幾乎所有的氫核（只有一個質子）被合成了氦核（兩個質子）後，太陽會有短暫壓縮，氦核開始聚合成更重的原子核，釋放出更大的能量，不過這樣的核聚變極不穩定，是間斷性的，俗稱氦閃，外層的離子濃湯也被推到更遠的地方，體積開始膨脹，表面溫度降低，形成紅巨星，這個時候，如果有人類還在地球上的話，每天你看到的日出是天空被太陽全部佔據……，光輻射將地球上的所有水分氣化，山川崩塌，這不是地球，是地獄。

經過幾億年的掙扎，氦核也用光了，太陽的末日就來臨了，在最後幾十萬年內，氦核就逐步合成了碳、氧、鈉、直到合成鐵，鐵核的出現，也只是幾秒鐘，整個太陽核心的核聚變戛然而止，內心扛不住了，迅速壓縮，外圍形成了又一次核聚變，這一次的聚變是災難性的，釋放的能量瞬間可以達到太陽前99億年釋放能量的總和，外圍物質根本扛不住啊，只能夠爆炸。爆炸的衝擊波將內核進一步壓縮，形成更為緻密的物質，原子核之間不是北京到通州的距離，而是摩肩接踵，密度極大。爆炸的衝擊波貫穿整個太陽，短時間內，合成了包括：銅、金、銀、鐳、鈾這樣的重金屬。向宇宙空間發散。我們佩戴的金戒指，就是上一代恆星在這幾秒內產生的。

太陽內核殘餘質量不算大，也就勉強形成白矮星，幽靈般在宇宙空間遊蕩，有些恆星內核大得多，就會形成更為緻密的中子星，直徑大概只有20km，當然，有小妖，就會有魔王，有的恆星內核超過太陽內核的20倍以上，中子星物質也扛不住了，直接無限制壓縮下去，形成黑洞，開始瘋狂吞噬能夠夠得到的一切物質，包括光線……

至此，太陽完成了蛻變，恆星的璀璨一生結束。

諸葛村姑

支持太陽長期核聚變的無限能量來自那裡？這一直是科學難題。很多人認為是太陽本身帶來的，這不科學。宇宙本身是由小到大成長起來。難道太陽不也是這樣成長的。唯一解釋只有宇宙的分裂產生新宇宙。當宇宙能量達到飽合後，向外脹產生新的宇宙，黑洞的發現有可能借鑑。宇宙也生存在一定的空間內。當能量達到胞合，黑洞會吸收能量產生新的宇宙，即平行宇宙，新舊宇宙能量互換循環不至，太陽永遠燃燒，科學家一直說人馬座星系將和太陽系相撞，這說明人馬座星系有高智慧生物，產生的能量已經達到我們宇宙承受能量極限。宇宙規則不可能讓其內的兩個星系相撞，所以人馬座內的黑洞會加速吸收能量，很可能很快產生其相對應的平行宇宙星系，相信科學家能觀察到人馬座恆星將來會鉅變，減少能量。當然我們太陽系也有一個黑洞，只是處於成長期不被發覺，上古神級文明太陽系能量達到飽合，天空出現了九個太陽，難道真的是被后羿射殺了八個，從科學的角度說是被太陽系黑洞吞噬了產生了新的平行星系，當然唯一的太陽也壯大了不小。不然九個太陽地球能承受，一個太陽也能滿足地球的需求呢！能量平衡是宇宙法則，科學家算出太陽還有5o億年生命會爆炸，但同時也算出金星50億年會產生生命，這是一種巧合嗎，也許太陽不會爆炸但會產生第二個太陽。天地不仁以萬物為芻狗吧！

張傳林

太陽中心的熱核聚變反應已經進行了約50億年之久，還有50億年的反應週期，這就是太陽能夠燃燒100億年的出處，也是太陽的壽命。

太陽是一顆黃矮星，黃矮星就是具有0.8到1.2倍太陽質量之間的恆星，在銀河系約佔3%（也有說佔10％左右）。恆星的壽命是以恆星質量大小來決定的，質量越大的恆星壽命越短，質量越小的恆星壽命越長，同等質量的恆星，壽命都差不多。

所有和太陽質量一樣的黃矮星壽命都在100億年左右，所以太陽壽命也在100億年左右。

科學家是如何知道恆星的壽命的呢？其中一個重要方法是通過球狀星團法得到的。

科學家們假設這個星團的所有恆星都是同時誕生的，開始恆星都很年輕，但過了若干年就不一樣了，有的就很老了，有的就很年輕。

就像我們觀察人類社會看到了老中青少各種階段的人，就知道大概人的壽命有多少，哪個階段的人是什麼樣子。

天文學家們持續不斷的觀測了宇宙數百年，對這些恆星的壽命就越來越能夠精確的掌握了。赫羅圖就是研究恆星關係的重要工具。

那麼人類是怎麼知道太陽現在的壽命呢？一個重要的方法就是放射性同位素法。

世界上的鈾元素（化學符號為U）有兩種同位素，U238和U235，它們的半衰期（放射性原子由於衰變使數目減少到一半所經過的時間）分別為7億年和45億年。我們通過測量地球和捕獲的天體隕石碎片裡這些元素的含量及比例，就可以得到太陽系天體的形成時間。

通過檢測，地球上的鈾礦主要成分為U238，佔比99.2739%，U235只佔0.7205%，根據二者的半衰期和現在的相對含量，推算出了地球的年齡約46億年，再根據恆星形成過程，恆星比行星形成的更早，因此這個時間是太陽的年齡下限。

我們知道了像太陽這樣的黃矮星壽命，又大體知道了太陽的年齡，所以就知道太陽還有約50億年的壽命。

太陽最終的宿命是變成一顆白矮星，然後熄滅。所有的黃矮星都是這種歸宿。

太陽的核聚變只是發生在太陽中心地帶的核反映區，每秒鐘都有6億噸的氫元素聚變為5.96億噸的氦，同時有400萬噸的氫轉化為能量以電磁輻射的方式釋放出來。

太陽的這種反應已經持續50億年了，還有50億年的壽命。並不是太陽的所有氫都燃燒完了，而只是中心核反映區的氫燃燒殆盡，輻射壓與引力平衡被打破，就導致了太陽的穩定期終結，太陽開始進入極不穩定的迴光返照期。

這時的太陽中心收縮，外圍膨脹。成為一個半徑擴大200~300倍的紅巨星，經過10萬年左右的不穩定期，外圍沒有燒完的氫和氦會漸漸消散到太空，形成新的分子云。其實這部分重歸宇宙的氫和氦佔太陽質量的絕大多數。

太陽內核會收縮為一個密度極大的白矮星，體積只有地球大小，上面的質量一個立方厘米達到10噸。

這就是太陽的歸宿。

司空通訊觀點，歡迎點評討論。

關鍵字: 核聚變 生活 百億年