科學探索菌

其實太陽自身擁有一項人類夢寐以求的技術：可控核聚變反應。

那具體咋回事呢？

我們需要先來了解一下太陽形成。話說宇宙大爆炸之後，經歷了兩代恆星。在目前太陽系附近位置，第二代恆星發生了超新星爆炸，把物質拋到了太空當中。

後來，在現在太陽系附近的位置，星雲物質開始在引力的作用下形成了太陽以及太陽系早期的其他天體。而太陽和其他行星最大的區別在於，太陽佔據了太陽系99.86%以上的質量，99%以上是氫元素和氦元素組成。在這個尺度下，太陽的物質在引力作用下都在向中心壓縮，當中太陽核心的位置溫度變得特別特別高，其實本來是達不到足以引發氫的核聚變反應的溫度。但由於量子隧穿效應的存在，所以可以發生了核聚變反應。

這裡，我們要注意了，這種反應其實和氫彈的原理是一樣的，但是太陽沒有像氫彈一下子炸掉，

是因為太陽的核心的核聚變反應和溫度是相關的，而溫度高低其實取決於太陽核心受到的壓力作用的大小。這其中有一對相互博弈的力，一個是太陽自身引力，一個是核聚變向外產生的向外壓力。

如果太陽自身引力佔據上風，而核聚變向外壓力處於下風，那說明太陽核心的受到的壓力是比較大的，溫度就會上升，這時核聚變反應就會更劇烈一些，產生更大的向外壓力，去和引力抗衡。這時候，中心的受到的壓力就會下降，溫度就會降低。

如果核聚變向外的壓力處於上風，而太陽引力處於下風，那說明太陽核心受到的壓力是比較小的，溫度就會下降，核反應的程度也就會減弱，這時候向外的壓力就會減弱。這時候，引力就會慢慢佔據上風的位置，讓核反應的程度加強。

因此，太陽自身引力其實和核聚變向外的壓力使得太陽的核反應處於一種動態平衡的狀態，這才使得太陽不會一下子炸掉。

不過，太陽的穩定並不是持續不變的，要知道太陽要時時刻刻向外輻射能量，每秒大約有400萬噸的質量轉變為能量，也就是損失掉這麼多的質量。隨著質量的減少，太陽的引力也就會減弱，當減弱到一定程度之後，引力就不足以對抗核聚變產生的向外壓力，太陽就會膨脹得特別大。太陽的大氣可以差不多擴大到地球軌道附近。地球甚至有被吞沒的可能性。

這時候的太陽其實變成了一顆紅巨星，而我們現在的太陽其實處於青壯年的狀態，在天文學上也叫做主序星時期。這個時期大概會持續100億年，現在是已經度過了46億年。也就是說，再過50多億年後，太陽將會控制不住自己，膨脹開來。

鍾銘聊科學

科學家們研究發現，我們的太陽能夠持續燃燒長達一百億年，如此漫長的時間簡直是不可想象的，那麼太陽為何能熊熊燃燒如此長的時間呢？

首先說一點，太陽並不是真的在燃燒，燃燒只是一種形象的說法，太陽發出的光和熱都是通過核聚變產生的。

首先，太陽的質量足夠大，它佔據了整個太陽系質量的99.86%，它的總質量高達1.9891×10³⁰kg，雖然每秒消耗420萬噸的氫燃料，但這點之間相對於太陽質量簡直不值得一提！

同時，太陽的核聚變只發生在最裡面的核心部分，那裡溫度高達1600萬攝氏度，壓力高達3300億個大氣壓，恐怖的環境是氫發生核聚變的必要條件！

那麼為什麼如此劇烈的核聚變沒有把太陽炸開呢？因為太陽在進行核聚變的過程中已經取得了一種平衡，核聚變產生的外推力與向內的萬有引力之間的平衡！

太陽巨大的質量會產生恐怖的向內萬有引力，這也是太陽發生核聚變的條件，強大的萬有引力讓太陽核心產生劇烈高溫和高壓，這種高溫高壓會促使核聚變的發生，核聚變又會產生向外的巨大推力，不至於讓太陽因為萬有引力無休止地向內坍縮！

所以，我們的太陽能夠持續燃燒上百億年。而百億年之後，燃料逐漸耗盡的太陽終於抵抗不了無情的萬有引力，向內坍縮，最終向紅巨星和白矮星演化！

而比太陽更大的恆星向內塌縮的更厲害，最終會形成中子星甚至黑洞等更加詭異的天體！

宇宙探索

這基本是一個科學之謎。

現在有很多理論、假說和猜測，沒有一個確切的理論，就是說，現在沒有一個理論能夠信服的說明白這個問題。

不過我認為做為普通人，可以簡單的理解為現在這樣子已經是引力和爆炸、熱膨脹達到平衡了。

就是說，比如引力引起的壓力使核聚變能夠發生，發生的核聚變引起的熱膨脹力又使壓力減小，使核聚變停止，但是停止的核聚變又使壓力增大，使核聚變又發生，使之達到一個剛剛能夠發生的平衡。

就是說，這種機制機理使核聚變能夠持續發生，而不會使整個太陽像一枚氫彈一樣，一次性炸掉，而事實也是這樣的，我們的理論只是解釋這個現象。

從複雜一點的星球結構上去分析，肯定是太陽中心的壓力最大，如果達到了發生核聚變的程度，核聚變產生的反作用力，就會使核聚變維持在一個穩定水平，而中心以外的壓力都達不到核聚變的水平，所以從外面看太陽，雖然火焰滾滾的，但確實只有中心部分在發生核聚變反應。

大刀吧主的水彩小鋪

答：太陽內部的核聚變反應，只在太陽中心的一小塊區域內進行，由於太陽巨大的引力，核聚變釋放能量產生的熱膨脹和引力相互平衡，所以太陽不會瞬間解體。

太陽每秒鐘釋放大約4*10^26焦耳能量，相當於5萬億顆廣島原子彈釋放的能量總和，在太陽內部，主要進行著氫元素向氦元素的聚變反應，和氫彈的核反應原理類似。

之所以太陽不會瞬間爆炸解體，主要是太陽有著巨大的引力，核反應釋放能量產生的熱膨脹，還不足以讓太陽物質完全脫離太陽引力；而太陽真正的核反應區，大約只有0.25個太陽半徑，中心區域的溫度高達1500萬度，壓力高達3000億個大氣壓。

太陽表面溫度只有大約5500℃，所以太陽從內到外，溫度梯度是非常大的，只有中心的核反應區才進行著核聚變反應，接近太陽表面的絕大部分區域，都是太陽物質的對流區，熱膨脹和太陽引力相互平衡。

氫彈的核反應原理雖然和太陽類似，但是氫彈瞬間釋放的能量無法被束縛，所以氫彈隨著爆炸就解體了；在人類進行的可控核聚變裝置中，比如託卡馬克裝置，內部進行的核聚變與氫彈類似，但是託卡馬克裝置中的超導強磁場，可以把核聚變反應產生的高能粒子束縛在裝置內，然後慢慢釋放出來。

所以，太陽可以看成核聚變反應和引力相互平衡的結果，但是這種平衡並不會一直持續下去，天文學家預測在60億年後，太陽的核聚變反應材料將會消耗殆盡，到時候太陽引力將會佔據主導，使太陽收縮成一顆白矮星。

對於超過10倍太陽質量的恆星，在演化末期還有可能出現核聚變反應失控，然後以超新星的形式結束生命，這樣的事件，在我們銀河中大約每百年會出現兩次。

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艾伯史密斯

太陽是利用核聚變反應釋放出巨大的能量的，相當於每秒鐘919億顆100萬噸級的氫彈同時爆炸。這樣的“爆炸”已經進行了約46億年了。

那麼，為什麼太陽不會一下子全部“炸”了呢？

實現核聚變反應需要滿足兩個條件：足夠的壓力和溫度。雖然太陽的質量非常巨大～相當於33萬個地球。但即使這樣巨大的質量也只能使太陽半徑的30%以內的壓力和溫度達到核聚變反應的條件。且99%的核聚變反應都發生在其半徑的24%以內。

圖：太陽結構

當核聚變反應釋放出來輻射壓使太陽膨脹時，其內部的壓力就會減小，核聚變反應效率就會降低。然後太陽就會收縮，核聚變反應效率又會增加……這樣就使得太陽的核聚變反應效率在較短時間內保持了一個平衡。

但太陽的核聚變效率會隨著時間的推移逐步提高的。這是由於氫的核聚變反應產物為氦。由於太陽的質量達不到讓氦產生核聚變反應的壓力和溫度，氦會在太陽的核心處積累。太陽的壓力會使氦核坍縮成電子簡併態物質。氦核坍縮時會帶著周圍的氫坍縮，這樣就使氫的核聚變反應效率增加。

氦核越來越大，氫的核聚變反應效率就會越來強。太陽的光度就會越來越強。這可能就是地球在最開始的幾億年沒有誕生生命的原因之一。這也是在10億年後地球因為太陽的光度增加被烤乾的原因。

有沒有突然就一下子“炸”了的恆星呢？

在宇宙中，由多顆恆星構成的系統是非常常見的，例如：離我們最近的半人馬座α星就是一個三合星系統。在一個多星系統裡，當一顆質量稍大的恆星燃料耗盡後成為了一顆白矮星～它是由碳、氧元素的電子簡併態構成。它可能會從其伴星處吸收氣體。當白矮星的質量（質量越大，壓力就越大）達到點燃碳的核聚變條件時，就會發生劇烈的爆炸，這就是Ia超新星爆發。

這是由於簡併態物質的密度不會隨著溫度的增加而減小，當簡併態碳元素髮生核聚變時，溫度會急劇上升。核聚變反應效率增加，溫度進一步的提高……這就形成了熱失控狀態的核聚變反應。這樣，白矮星就一下子“爆炸”了。

由於Ia超新星的起爆條件差不多的，所以它的亮度是一樣的。同時，我們也知道亮度與距離的平方成反比。科學家利用這一點，利用Ia超新星這個標準燭光進行超遠距離的測距。

講科學堂

其實這是一個很好的問題，很多人都知道太陽和氫彈都是利用的核聚變反應。但是偏偏是氫彈一下子全炸了，但是太陽卻可以保持一個溫和和穩定的反應趨勢。

但這個問題其實很好回答，我們初高中都學過化學反應的過程，要知道，同一個化學反應也有快有慢的，比如：加不加催化劑，就會讓化學反應的劇烈程度發生質的變化。雖然核聚變反應是在原子核層面進行的，但是道理其實和化學反應是一樣的。

氫彈之所以一下子全炸了，說白了就是引爆氫彈的條件滿足了核聚變快速反應的條件，而太陽之所以燒的很慢，說白了就是引發太陽的核聚變反應的條件只能讓他達到這個反應速率。那具體是咋回事呢？我們就來具體地聊一聊。

氫彈

首先，我們先從氫彈說起，氫彈的核聚變反應用的是氫原子核的核聚變反應。這裡的氘和氚其實是氫元素的同位素，也是質子數為1的元素，反應生成的是氦元素。

那要快速引爆氫彈的條件是什麼呢？

科學家發現，要讓氫彈引爆的反應條件是1億度。這個溫度對於人類來說是難以企及的溫度，為了實現這個溫度，科學家利用的辦法其實是先引爆一顆原子彈，原子彈爆炸後產生的溫度就能達到1億度，然後利用原子彈產生的高溫來引爆氫彈。

太陽的核聚變反應

那我們繼續來看看太陽的核聚變反應。實際上，反應原理和氫彈的類似，也就是氫原子核的核聚變反應。一般來說有兩條路徑，分別稱為

但是，兩者的差別就差在了反應條件上了。氫彈的反應條件是1億度，而太陽內核的溫度只有1500萬度。要知道，這麼大的溫度差，使得氫彈的反應速率遠遠快於太陽的核聚變反應是很正常的。

但同樣的，這裡也存在著一個矛盾。上文我們也提到了，科學家發現要使氫彈發生核聚變反應至少需要1億度。但是為什麼太陽的內核只有1500萬度就可以被點燃呢？

具體來說是這樣的，太陽其實處於一種特殊的物質狀態。我們常見的物質狀態是：固態、液態、氣態。

而太陽則是等離子態，這是由於自身的質量巨大，佔到了太陽系總質量的99.86%，導致自身引力巨大，引力會使得恆星內核的溫度特別高，從而使得電子獲得足夠多的能量，擺脫了原子核的束縛。所以，太陽內核更像是一鍋粒子湯。其中，原子核和電子到處亂串。這無形當中就增加了原子核相撞的概率。但我們要知道的是，原子核是帶正電，這是因為原子核是由質子和中子構成的。質子是帶正電的，中子是不帶電的，因此，原子核是帶正電的。

而同種電荷是相互排斥，也就是說，原子核會在靜電斥力下被相互排斥，這其實增加了核聚變反應難度，核心問題就是需要克服這個靜電斥力，這就需要額外的能量輸入。照理說，如果沒有外人來給這個系統輸入能量，太陽的核聚變反應應該是不會發生。

不過，在微觀世界中存在這一種量子效應，被我們稱為隧穿效應。意思是說，原本在宏觀世界中不可能的事情，或者說需要額外輸入能量的事情，在微觀世界中就有一定的概率發生。通過統計，科學家就發現，一對原子核每10億年才發生一次核聚變反應。

照理說，這個概率是特別特別低的，低到幾乎不會發生。不僅如此，如果我們仔細觀測，就會發現，氫原子核中存在著一個質子，而氦原子核是2個質子和2箇中子。這就是說，在這個過程中發生了4個質子轉化為了2個質子和中子，也就意味著有2個質子要轉變為中子。這其實是需要弱力參與的，而弱力是真的很難，發生的概率也很低。

我們要知道的是，偏偏太陽是足夠大，粒子數足夠多，因此再小的概率到了這裡，都變成了大概率事件。但是由於“隧穿效應”和“弱力”的發生概率都很低，它們控制著核聚變的反應速率。所以，太陽不可能像氫彈那樣一下全炸了，而是需要慢慢地燒著。

薛定諤的科學

太陽確實每時每刻都在發生著核聚變，但需要說明一點，太陽的核聚變是可控的，因此不會爆炸漲出來。儘管太陽一秒鐘釋放的能量相當於幾億顆氫彈。天體物理學真正意義上的不可控核聚變的例子是Ia型超新星，不穩定對超新星，新星等等。

太陽的核聚變可控是因為太陽的壓強是由溫度提供的（主要是氣壓），而太陽核聚變的速率受溫度和密度的影響，溫度越高，密度越高核聚變速率越快。當太陽核聚變速率過快時，內核溫度升高，壓力超過引力而膨脹，導致核聚變減緩。同理，太陽核聚變速率過低時，壓力不足發生引力坍縮，導致溫度和密度提高，核聚變加快。這樣就形成一個負反饋調節。

白矮星是簡併態天體，內部的壓強幾乎完全是由電子簡併壓提供的，溫度只佔很小的一部分。當白矮星不斷吸積物質，質量增大到接近錢德拉塞卡極限時，電子簡併壓無法支撐恆星的質量，從而發生引力坍縮。由於白矮星的成分是碳氧，引力坍縮導致它們聚變成鐵。然而，白矮星的壓強主要來自簡併壓，所以核聚變的溫度上升並不會引起白矮星膨脹。於是核聚變的速率越來越快，最後整個白矮星在一瞬間被點燃，釋放的能量將白矮星徹底炸碎，形成Ia型超新星。

質量大於150個太陽質量的超大恆星，其內部溫度極高，因此支撐恆星主要是靠輻射壓。當恆星耗盡核心的氫，聚變更重的元素時，恆星內部的溫度越來越高。當溫度高到一定程度時，光子的能量足以產生正負電子對，導致輻射壓損失，平衡被打破。於是恆星發生急劇的收縮，在短短的幾秒內把40倍太陽質量的核心聚變成鐵，恆星被徹底炸碎，不留下任何緻密星。這就是不穩定對超新星。

平衡的穩定性也和核聚變隨溫度的變化率有關。太陽內部的核聚變是pp鏈反應，更大質量的恆星是CNO循環。pp鏈反應速率和溫度四次方成正比，CNO循環和溫度17次方成正比，所以它們隨溫度的變化不劇烈。然而，氦聚變的速率和溫度的40次方成正比，這使得一點微小的擾動就足以讓恆星偏離平衡，而且恢復平衡也更為困難。所以晚年恆星的核聚變不穩定，常常發生週期性爆發。

帶上他的眼睛

我們地球生命每天沐浴著太陽的光輝，生機勃勃，這一切完全依賴於太陽提供的能量。假如沒有太陽，地球將是一個冰冷黑暗的世界。
既然我們如此依賴太陽，就該認真理解它的工作機制和結構。太陽的能量從何而來？為何可以持久穩定？

如今我們知道，太陽是銀河系中千萬顆恆星中的一員，是一顆光譜為G2V的黃矮星。太陽壽命大約100億年，目前其年齡大約46億歲。太陽的直徑約為140萬公里，是地球直徑的100倍。其質量約為2x10^30公斤，約為地球質量的33萬倍。太陽中心溫度大約1500萬K、表面溫度為5770K。

太陽從內向外分別是中心核聚變反應區、輻射區、對流層和太陽表面大氣層。
科學家告訴我們，現在的太陽是由71%的氫、27%的氦（自然界中第二簡單元素）和2%的其他重元素（氧、碳、氖、鐵等）構成，以核聚變的方式向太空釋放著能量（光與熱）。

那麼，太陽的核聚變的過程為什麼能夠維持穩定而不發生爆炸呢？

首先，太陽質量巨大，內部的溫度、密度和壓力隨深度而增大。核心區如同受控的“氫彈”爆炸，是一個持續“受控”的核聚變。

在太陽核心區，氣體被外層的質量因引力作用而強烈向內壓縮，密度達到鉛的13倍。在這極端壓力下，原子核聚合在一起發生核聚變反應，使得核心區壓力進一步增大（約是2500億個地球大氣壓），產生巨大的向外壓力。這個由熱核反應產生的向外壓力，與外層質量因引力而產生的向內壓縮力形成抗衡。最終結果是，太陽總體處於一個在天體物理學中叫做“流體靜力平衡”的狀態。
這種持久平衡，可使得太陽有一個持續上百億年相對穩定的狀態。它既不會像炸彈一樣立刻爆炸解體，也不會因引力作用立刻坍塌。宏觀上力的平衡維繫太陽的長久穩定。

其次，由於太陽核心區的密度非常大，1500萬K的氣體幾乎是緻密不透明。每秒約400萬噸的質量在核心區轉化為純粹的能量，產生輻射。輻射粒子流與氣體粒子發生激烈的反應，無法傳播的很遠。結果是，核聚變釋放的能量在太陽內部各個方向上的輻射多次被物質吸收、再發射以及散射，循環往復。
由於太陽內部發出的輻射能量不能像真空中的光速一樣快速傳播，核心區的輻射需要花費10萬年的時間才能到達太陽表面，雖然這段路程只有70萬公里（半徑）。之後，只需8分30秒的時間，陽光就能穿過浩瀚的太空到達地球。

OMG！今天我們正沐浴著的是10萬年前遠古智人時期的陽光！

（謝謝閱讀）

看松讀畫軒

太陽也是核聚變反應，為什麼太陽能夠維持穩定而不發生爆炸？

其實就有很多恆星就是壓制不住內心的洪荒之力，正在大幅的丟失質量！比如大麥哲倫星系蜘蛛星雲中的R136星團中的R136A1、R136A2、R136A3，這些恆星都是遠超愛丁頓極限的恆星，比如R136A1，它正在經歷極端的質量丟失，它的恆星風達到了 2600±150 km/s，丟失的質量高達3.21×10^18 kg/s！是太陽質量損失的9億倍！

在這個話題中我們必須要來了解一個概念，即愛丁頓極限，這是解釋太陽為什麼不會爆炸的關鍵因素！

一、愛丁頓極限

愛丁頓極限的詞條解釋很簡單：指在球對稱前提下天體的輻射壓力不超過引力時的光度上限值！

但這個詞條的解釋比較重要，因為很多朋友無法理解這些名詞

1、恆星的輻射壓： 輻射壓是電磁輻射對暴露在其範圍內物體表面所施加的壓力，與大部分朋友理解的不同，恆星的只在內核達到了極高的溫度從而引發了核聚變，整顆恆星的光和熱都來自內核，而內核壓力越大，溫度越高則聚變越劇烈，產生的輻射壓也更大！

2、天體的引力坍縮：物質聚集在一起是受到引力的作用成為一個球體，而內核則由於引力坍縮能逐漸溫升，引力是導致恆星內核核聚變的真正原因，但引力也是束縛恆星核聚變產生巨大能量的原因！

3、愛丁頓極限1：當恆星質量越來越大時，內核的壓力溫度會越來越高，核聚變燃燒的也會越來越劇烈，而能夠稱之為恆星，當質量越來越大時，因為內部從初期開始就存在輻射壓，物質密度會比其他氣態天體要更低一些，因此輻射壓才有機會超過引力坍縮，成為恆星極端不穩定的根源！

4、愛丁頓極限2：一般我們認為太陽質量的150倍是兩者平衡的極限，當恆星質量超過太陽150倍時強大的輻射壓將會導致恆星物質大量流失，而猛烈的恆星風則會在其周圍產生一個死亡區域，這樣的恆星周圍是不會有宜居帶的！

二、太陽為什麼還沒有爆炸？

瞭解了愛丁頓極限之後的解釋太陽為什麼還沒有爆炸就簡單了，因為太陽質量產生的內核溫度並不“足夠”，因此內核仍然在“溫柔的燃燒”！而產生的輻射壓也無法撼動引力坍縮的地位，因此太陽內核這隻有著“洪荒之力”的“猛獸”仍然被牢牢的束縛在輻射層內！

但準確的說，太陽最終將不能控制內心的“暴躁”，終有一天它是爆發的，而這個時間將會在氫元素燃燒殆盡，氦元素堆積，內核輻射壓無法支撐外殼坍縮時所導致！因為巨大的坍縮能將會瞬間點燃氦元素，產生更加強大的輻射壓將外殼物質拋灑到太陽周圍的空間，這就是太陽的氦閃！預計太陽將在脫離主序星12億年後發生第一次氦閃，在此之後，太陽的氦閃會再次發生，並且會越來越頻繁，但級別會逐漸減小，最終外殼脫離成為行星狀星雲，而內核則成為一顆白矮星！

每一個尖峰都代表一次氦元素劇烈聚變的發生，很多人將這稱之為恆星的呼吸，儘管呼吸對於人類很重要，但在恆星界則表示極不穩定，而此時的太陽系早已不再宜居，只不過留給人類的時間還有二十多億年！

成也蕭何敗也蕭何，正是三十年河東，三十年河西.........引力坍縮是恆星聚變的誘因，也是束縛恆星蠻荒之力的源泉，但最終卻成為恆星的終結者，不得不說在每一個階段它們都在扮演不同的角色，唯一有不同的是，這角色是遊走於邊緣的！

星辰大海路上的種花家

太陽內部發生著劇烈的爆炸，每秒損耗420萬噸物質，釋放的能量超過人類有史以來製造的所有核彈，但太陽引力又十分強大，可以將爆炸限制在一定範圍內。

太陽內部由於壓力、溫度都十分的高，等離子體物質熱運動十分迅速，氫核在這樣的情況下劇烈的不規則運動，就可能相互碰撞，碰撞的時候氫核結合在一起形成氦核，同時伴隨著質量損失和能量釋放，這個過程就是一次微型的爆炸，而太陽核心區域物質異常稠密，這樣的事情發生的很頻繁，於是就組成了太陽系最猛烈的爆炸，向外噴發的能量在太陽表面掀起“巨浪”，日冕等結構的形成就是太陽能量波動。

但是太陽引力又十分強大，可以將“爆炸”的影響降到最低，爆炸的力和引力形成平衡，使得太陽維持在目前的主序星階段，持續穩定地燃燒。而隨著太陽內部參與核聚變的氫核的減少，太陽內核會收縮，啟動氦的聚變反應，短時間內釋放的能量，將推動外層物質突破引力的束縛劇烈的膨脹，這就是太陽的紅巨星階段，這樣的現象是根據人類觀測得出的結論，不是純理論，更不是猜想。

而氫彈那樣的核聚變過程是不同的，利用爆炸形成的高溫高壓點燃核聚變，釋放龐大的能量，地球的引力、大氣壓力環境無法束縛這樣劇烈的能量衝擊，因此會造成巨大的破壞，但氫彈的核聚變原材料大部分都浪費了。

關鍵字: 核聚變 科學 恆星