太阳为什么还没有燃尽？

我们的太阳是银河系中一颗相当普通的恒星——不是最亮的，也不是最大的，而且只有 45 亿年的历史。它的独特之处在于，它的光和热维持着我们所知的宇宙中唯一一颗有人居住的行星上的所有生命。幸运的是，在我们几十万年前出现之前，它并没有燃烧殆尽。但它怎么会有那么多燃料呢？为什么它没有像蜡烛或篝火一样被熄灭？它什么时候才会最终燃烧殆尽？

印第安纳大学天文学教授凯瑟琳·皮拉乔斯基说，这是 19 世纪一个迫切需要解决的问题。当时，人类只知道太阳产生能量的两种方式：要么是通过引力收缩产生热和光——将自己拉向中心并释放能量（以我们在地球上感受到的热量的形式），因此随着时间的推移变得越来越小——要么就是它真的着火了，就像我们在地球上点燃火柴或生火时看到的化学反应一样。当时的科学家认为这两种方式都可能是太阳的运作方式，因此用这两种方法精确计算了太阳可能存在的时间。但这两种结果都不符合我们所知的太阳系的年龄——45 亿年。如果太阳收缩或燃烧，那么在我们到来之前它就会耗尽燃料。显然，还有其他事情发生。

几十年后，20 世纪 20 年代的英国天文学家利用爱因斯坦著名的 E = mc2 公式（该公式证实了任何有质量的东西都必须具有等量的能量）提出，太阳实际上是在将其质量转化为能量。然而，太阳中心并不是一个将木材和煤炭转化为灰烬和黑碳（沿途发光发热）的熔炉，而更像是一个巨大的核电站。

太阳含有大量氢原子。通常，中性氢原子包含一个带正电的质子和一个带负电的电子，电子围绕质子旋转。当这个原子遇到它的一个同伴氢原子时，它们各自的外层电子会像保镖一样磁力排斥对方。这阻止了任何质子相互接触。但是太阳的核心非常热，压力很大，以至于原子以巨大的动能旋转，以至于它们克服了将它们结合在一起的力，电子与质子分离。这意味着通常卡在氢原子核内的质子实际上可以接触，并且它们会通过称为热核聚变的过程结合在一起。

就像核反应堆内部一样，太阳核心内的原子每秒都会相互撞击。最常见的情况是四个氢质子融合在一起形成一个氦原子。在此过程中，这四个微小质子中的一小部分质量会“丢失”；但由于宇宙会保留物质，所以它不会就此消失。相反，这些质量会转化为巨大的能量——太阳每秒辐射 3.9 x 10 ²⁶瓦的功率。（这是如此巨大的能量，老实说，没有以地球为中心的类比。也许可以这样理解这个数字：这个瓦数远远超过整个世界在几十万个世纪内按当前速率使用的所有电力。）

热核聚变的效率是太阳能长期散发热量的主要原因——将一公斤氢转化为氦所释放的能量相当于燃烧 20,000 公吨煤。由于太阳质量巨大，且相对年轻，科学家估计它只使用了大约一半的能量产生氢。

最终，太阳核心会将内部的所有氢转化为氦，恒星将死亡。但不必担心。这还要再过 50 亿年才会发生。

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