我们仍然不知道太阳内部到底是什么——但这种情况可能很快就会改变

当太阳温暖你的脸庞时，它照射到你皮肤上的不仅仅是阳光。中微子——只有微量质量的幽灵粒子——也随之而来。每秒有数万亿个中微子进入你的身体，并直接进入地面，以接近光速的速度穿过地球。

科学家们花了数年时间仔细研究这股中微子浪潮，试图准确了解太阳是如何产生和发射中微子的。虽然 99% 的太阳能量来自一种类型的聚变，但剩下的 1% 长期以来一直被认为来自第二种更复杂的反应。经过数十年的实验，物理学家首次探测到了来自这种罕见反应的中微子。

未参与研究的俄亥俄州立大学天文学家马克·平索诺特 (Marc Pinsonneault) 表示：“这是确凿的证据。这是对一个非常深刻的理论预测的真正完美验证。”

研究人员希望，从这些数量有限的中微子中，最终找到天文学界最热门问题之一的答案：太阳以及宇宙中所有其他恒星是由什么成分构成的？

研究人员知道，太阳至少有 98% 的成分是氢和氦，这是自然界最轻、最丰富的两种元素。但关于最后 2% 的成分，争论十分激烈。天文学家通常通过分析物体发出（或不发出）哪种颜色的光来确定物体的成分，但当涉及到太阳的一些较重成分（如碳、氮和氧）时，它们的痕迹就无法清晰地显现出来。

“问题不在于数据，”Pinsonneault 说，“这是元素周期表的一个偶然。”

当观测结果不尽如人意时，研究人员开始寻求理论帮助。早期模型预测太阳中 1.8% 的原子应该是碳、氮和氧等大质量原子。但到了 21 世纪，结合太阳的搅动和其他特征，更为复杂的理论预测太阳中只有 1.4% 的原子应该是大质量原子。

0.5% 的差异听起来可能不算多，但却对宇宙产生了重大影响。由于太阳是人类最熟悉的恒星，天文学家几乎将其作为测量单位。他们认为，另一颗外观相似的恒星应该有相似的成分。当你将这个数字乘以宇宙中的所有恒星，0.5% 的差异就会迅速增加。例如，如果较低的估计是正确的，那么研究人员对整个宇宙氧气含量的估计就会减少 40%。

平索诺特说：“当你改变太阳时，你也会改变我们对到处都有多少重物质的认识。”

真正了解太阳内部情况的一种方法是研究它每秒向地球发射的无数中微子。在我们的恒星中，绝大多数中微子来自质子的直接聚变。但核物理学家在 20 世纪 30 年代末预测，少数中微子应该来自复杂的反应，其中所讨论的重元素——碳、氮和氧——恰好有助于引导质子聚集在一起。

所谓的“CNO 中微子”的搜寻始于 1988 年。所有核反应都会喷射中微子，因此，如果你要寻找来自数百万英里之外的罕见核反应的少数中微子，首先你必须准备一个非常干净的核环境。意大利 Borexino 合作小组的成员首先开发了一项技术，用于清除探测器所用材料中的污染性放射性成分。这项工作耗时 19 年。

“就放射性而言，这或许是地球上最纯净的环境。”博雷西诺核电站成员吉奥阿基诺·拉努奇 (Gioacchino Ranucci) 说道。

即便如此，探测也并非易事。研究人员在意大利格兰萨索国家实验室的一座山下深处建造了 Borexino，远离宇宙射线。探测器的核心由三百吨重的化学混合物组成，当中微子与液体相互作用时，它会发出闪光，这种情况极为罕见。另外 1,000 吨相同的混合物包裹着探测器的核心，2,300 吨水环绕着整个装置，保护它免受格兰萨索山岩石喷出的伽马射线和中子的伤害。

这项实验于 2007 年启动，几乎立即探测到了来自太阳主​​要聚变类型的中微子。在接下来的几年里，研究人员探索了标准质子-质子聚变的各个方面。然而，CNO 中微子仍然遥不可及。

2015 年，他们改进了探测器，使核心中的液体保持完全静止，最终，他们的努力得到了回报。6 月，约 100 名研究人员组成的国际合作小组宣布，在排除了所有其他可能的来源后，他们终于探测到了 CNO 中微子。每天，中心的 100 吨液体平均闪烁约 20 次。其中 10 次来自探测器材料中的放射性衰变，在这个特定的能量范围内，大约 3 次来自太阳的主要聚变反应。Ranucci 表示，剩下的 7 次闪烁标志着太阳罕见的 CNO 辅助聚变发射的中微子的到来。该团队今天在《自然》杂志上发表了他们的研究结果。

“这是一次非常美丽的实验。” Pinsonneault 说道。

综合起来，这七次每日闪光至少暗示了太阳——以及宇宙——可能含有更多而非更少的碳、氮和氧。但即使经过数十年的辛勤工作和精湛的测量，证据仍不确凿。“我们偏爱高[重元素丰度]，”拉努奇说，但“这可能是一个侥幸。”

Borexino 实验将继续搜索 CNO 中微子闪光几个月，之后探测器的使用寿命将结束。Ranucci 期待着再发表一篇包含一年半数据的 CNO 中微子论文，这可能会给出更确切的答案。

不管 Borexino 合作能从这台机器的最后几天里榨出多少成果，Pinsonneault 表示，太阳物理学家们正在开展其他实验，可能以其他方式获取太阳的内容物。而且，如果做不到这一点，更大的液体容器也在路上。目前还没有一个容器收集数据，但在数十年观察 Borexino 的发展之后，太阳物理学家们已经习惯了耐心等待。

“它不会关闭解决方案的某个分支的大门，”Pinsonnault 说，“但它确实为后代指明了可能更具决定性的方向。”