桃花依然在

太陽「燃燒」的秘密，在於其質量（可以不嚴格的理解為重量）。

質量太小，溫度就不夠，而且核反應產生的能量也不夠多，不足以維持溫度。

而如果質量太大，核反應的速度就會太快，使得恆星在極短的時間內就回消亡。在天文學中，有一個規律——恆星的質量越小，其壽命就越長。

太陽不是特別小，也不是特別大。這使得它能夠產生足夠的光和熱，同時也能有足夠的壽命。

太陽的所謂「燃燒」，和我們通常理解的燃燒不一樣。我們熟悉的燃燒，比如燒一塊木頭，其實是化學反應，比如碳和氧氣反應產生二氧化碳。

但恆星的所謂「燃燒」則不一樣，它發生的其實是核反應。在恆星中，質量比較輕的元素變成質量比較大的元素，同時釋放出巨大的能量。氫變成氦，氦再繼續反應，產生更重的元素。就這樣一層層的推進，一直到鐵。

鐵元素無法與任何其他元素由核反應產生能量。到了鐵元素足夠多的時候，太陽就會開始走向衰亡。它首先會變成一顆紅巨星，其半徑甚至會大於地球的軌道半徑，從而吞噬地球。而後，由於引力的作用，太陽最終會變為一顆白矮星，靠著殘存的熱量，發出昏暗的光芒。最後溫度散盡，歸於黑暗。

章彥博

我們知道，太陽是一顆巨大的氣態星球，是太陽系的中心，佔據了太陽系中99.86%的質量。從太陽中心點至四分之一太陽半徑這裡成為熱核反應區，這裡集中了太陽質量的一半，但溫度高達1500萬度，壓強達2500億個大氣壓，太陽所發射能量的99%都產自這裡。由於發生核聚變，在熱核區將氫聚變成氦，並釋放出能量，就是我們看到的光和熱。

根據天文觀測，太陽是一顆黃矮星，正常壽命大致為100億年。根據目前的觀測數據，太陽的年齡大約45.7億歲，也就是說，50至60億年之後，太陽核心區的氫元素因熱核反應會耗盡，這時的核心區將發生坍縮，之後的太陽可能會成為一顆白矮星，那時的溫度也會慢慢下降，太陽將最終歸於死寂。

震長

施鬱

（復旦大學物理學系）

太陽是還在燃燒，否則你就不能生存，也就不能在這裡問這個問題。 但是這不代表它永遠燒不完燃料。事實上，再過50億年，它的能源就要耗盡了，就會燒完了。

太陽的能源來自原子核聚變，主要是將氫核轉變為氦核，放出巨大的能量，每秒將4百萬噸氫轉變為能量。這個過程主要由質子-質子鏈式反應完成，另外有非常少（千分之8）的能量來自碳-氮-氧循環。的太陽差不多現在正處於穩定期（主序星）的中間，還能保持這個狀態約50億年，然後就會發生鉅變。 它將變為紅巨星，變得很大，從而吞沒水星、金星，也可能吞沒地球。在這之前，太陽的亮度也會變大 變成紅巨星後，太陽還有12億年的時間。 最後，塔洋會成為一顆白矮星，溫度達到10萬度，質量相當於現在質量的一半。白矮星還能生存1萬億年。

物理文化與施鬱世界線

從各種觀測數據來推斷，太陽已經燃燒了大約46億年。如果是像木頭或者煤炭那樣的燃燒，或者放射性衰變，太陽都不可能會支撐這麼久。直到愛因斯坦推導出了質能方程之後，愛丁頓基於此，首次提出了核聚變反應是太陽的能量來源，自此人們才知道為什麼太陽可以燃燒這麼久。

通過分析可知，太陽近四分之三是氫，近四分之一是氦。通過把氫原子核結合在一起形成氦原子核，可以釋放出巨大的能量。由於相同質量的物質發生核聚變反應所產生的能量遠遠大於化學燃燒反應，所以只要消耗一小部分質量，核聚變反應就能產生相當高的能量，這也是為什麼氫彈會有如此強大的破壞力。由於太陽的質量很大，太陽在過去消耗掉的質量只佔總質量的0.03%，所以太陽已經燃燒了46億年還沒有熄滅。

雖然太陽已經燃燒了這麼久，但也不代表它燒不完。雖然氫元素遍佈整個太陽，但只有核心區域的氫才會被核聚變成氦，這是因為只有那裡的上千萬度高溫以及地球大氣壓上千億倍的高壓才能滿足核聚變反應的苛刻條件。當核心區域的核聚變燃料都被用完之後，太陽最終將會死去，但這個時間出現在遙遠的未來。據估計，太陽還能繼續燃燒五、六十億年的時間。等到太陽停止核聚變之後，殘餘下的太陽核心還能依靠餘溫發光發熱數十億年。

太陽在宇宙中是一顆普通的恆星，大部分恆星的質量比太陽小，但它們的燃燒時間要比太陽更長。而小部分恆星的質量比太陽大，它們的燃燒時間則要比太陽更短。

火星一號

太陽的燃燒其實並非燃燒，而是氫核聚變反應，4個氫核變成一個氦核並放出能量的過程。

太陽上每秒鐘就有6億噸的氫原子反應變成5.96億噸的氦原子，質量虧損達到了400萬噸，利用愛因斯坦的質能方程E=MC²可以知道，太陽每秒鐘釋放的能量達到了10的26次方焦耳數量級。這些能量都是由太陽上的氫原子轉化而來的，而太陽上的氫儲量佔到了整個太陽質量的73.46%，氦原子佔到了太陽質量的24.85%，其餘的物質只有不到2%。每秒400萬噸的氫原子虧損，對於太陽的質量2×10的30次方千克來看，完全不值一提。

下圖就是太陽生命的漸進順序，龐大的氫儲量足以讓太陽再活50億年。

科學薛定諤的貓

首先科學家們憑什麼說太陽已經“燃燒”了50億年之久呢？

既然問這個問題，那麼我想你未必滿足於就聽到一個“因為核聚變啊”這樣的回答

那就讓我們回到最初，科學家們是如何確定太陽究竟燃燒了多久的歷史的探索中來吧，來看看歷史上圍繞著太陽究竟已經燃燒了多久，天文學家和物理學家組隊 vs. 地質學家和生物學家組隊的大亂戰吧。讓我們穿梭時光回到兩百年前去吧。

第一個從科學角度思考地球年齡的人——博物學家郝頓

蘇格蘭博物學家赫頓是第一個從科學角度去思考地球到底已經存在了多長時間的人，此前人們大多是從神話故事的角度或者從宗教典籍上去思考地球和太陽已經存在了多久。他將他的觀察、思考和計算所得寫到《地球論》這本書中，於1785年出版，引起人們對地球和太陽年齡的科學上的興趣。

郝頓通過觀察地球上發生的一些自然過程現象，如高山的形成和侵蝕，河道的沖刷等等，並假設這些過程的發生的速度差不多都是一樣的，這稱為

後來的地質學家們假設海洋一開始全是淡水，那麼河流要使海洋含有現在這樣大約3%的含鹽量，大概需要10億年的時間。而這個時間推算也讓古生物學家們滿意，因為這時候進化論已經問世，當古生物學家們嘗試譜寫地球生命史的時候，他們也需要一個極其漫長的時間，才能讓進化有時間發生。而10億年，在那個時代看起來是足夠了。

能量守恆學說的大難題——太陽

自從物理學家們提出能量守恆定律之後，天上掛著的太陽，就立刻向能量守恆學說提出了挑戰，在估算過太陽每秒鐘釋放的能量之後，物理學家們馬上意識到他們遇到了大麻煩。因為，在地球上常見的化學能——比如燃燒——將根本無法支撐太陽的巨量能量釋放。

圖示：如果太陽是通過燃燒來釋放能量，那麼不管是什麼可燃物，太陽只能燃燒數千年，如果燃燒的是煤，那麼就只能燃燒兩千五百年。是的，太陽很大，其質量佔據太陽系總質量的99.9%左右，但它還是不經燒，因為它釋放的能量實在是太多了。今天我們知道太陽每秒釋放的能量相當於9億億噸TNT炸藥的化學能。那時候的物理學家在能量釋放的數量級上做出的估計，也同樣讓人驚駭。

但真的，兩千五百年實在太搞笑了，人類有文字記載以來的歷史都遠不止兩千五百年呢。

太陽通過收縮產能？物理學家正式和地質學家、古生物學家們開戰

就在這樣的時候，能量守恆之父德國物理學家亥姆霍茲提出一個假說，他認為如果太陽通過收縮來產生能量，那這個能量將會非常龐大，在組成太陽的物質向太陽的中心落下的時候，會釋放能量，就像天上掉下來的東西會釋放能量一個道理。這種能量照樣能轉變為光和熱。那時候，只知道太陽釋放光和熱呢。

圖示：當物質向中心墜落時，產生大量能量，太陽收縮產能示意圖

總之，腦洞大開的亥姆霍茲據此計算出，太陽只要縮小1/萬的半徑，就大概能提供約2000年的能量釋放。在此基礎上，英國物理學家W.湯姆孫（後來被稱為開爾文勳爵）做了許多計算，並據此推斷出地球的年齡不可能超過5000萬年。當然，他還考慮了地球的冷卻問題，甚至地質學家們的意見，在綜合權衡之後他認為固態地球存在的時間大約為5000萬年。但地質學家和古生物學家很不滿意，因為在他們看來這時間太短了，不夠用。

居里夫人來解圍：定義並發現新的放射性元素

在對立的雙方搞得勢同水火之時，一篇論文引起了居里夫人的注意，1896年，法國物理學家貝克勒爾發表了一篇論文介紹了鈾的奇特屬性，它不需要任何激發，就能源源不斷的釋放出看不見的射線，讓被黑紙包裹底片感光。而居里夫人則證明了這不是鈾的獨家屬性，而是許多元素的共性，這些元素就被居里夫人命名為放射性元素，而她還發現了兩種新元素，因此獲得兩次諾貝爾獎，一次物理學獎一次化學獎，而

愛因斯坦擴展能量守恆為質能守恆

當放射性元素衰變時會釋放能量，有些元素甚至能釋放大量能量，比如鈾235和鈈等。在二次世界大戰時，美國據此造出了原子彈。但從理論上將放射性元素釋放能量的秘密解釋清楚的人，卻是愛因斯坦，雖然他最初提出質能守恆方程的時候，並不知道世界上存在放射性元素。

當放射性元素髮生衰變時，它的質量會有所損失，這些損失的質量以能量的形式釋放，就是為什麼放射性元素能源源不斷的釋放能量的根本原因，人們檢測了愛因斯坦的公式，詫異的發現這個依據狹義相對論推算出的公式居然是正確的，愛因斯坦也因此成為世界級大科學家。

解密原子——原子能時代到來

英國物理學家盧瑟福，利用放射性元素研究原子結構，並指出開爾文勳爵的計算毫無意義，因為他壓根沒有考慮到放射性元素的產能問題。當時，大家爭論的焦點是，為何地球的地心還沒有冷卻下來，這被認為是地球的年齡不會太大的根本原因。

放射性元素不僅能給地球供熱，同時也是測定地球乃至整個太陽系年齡的最佳工具，題主所言的數十億年時間，就是根據放射性元素的衰變來進行測量得到的結果。同時，當我們揭開了原子的秘密之後，也為原子能的利用鋪平了道路，人們繼放射性衰變之後，發現了聚變，並提出宇宙中的元素都來自於氫在恆星中發生的核聚變反應。人們甚至在地球上證明了氫可以發生聚變轉變成氦同時釋放大量能量，這就是著名的氫彈。

太陽每秒鐘將420萬噸質量轉變為能量

現在人們終於知道太陽的能量主要來自核聚變，並計算出它每秒鐘損失420萬噸的質量（將氫轉變為氦），即有這麼多質量轉變成了能量，這個數字看起來挺大，但和太陽的總質量比就微不足道，即便太陽已經如此這般的釋放了數十億年的能量，也差不多隻佔太陽總質量的1/33000，現在太陽的能量問題已經不再是限制地球年齡的因素。

圖示：太陽是一個巨型氫氣球，在其核心存在的超高溫超高壓的環境中，質子氫彼此融合轉變為氦，在這個過程中會發生質量的損失，於是質量轉變為能量被釋放。

注意，並非所有的聚變或裂變都會發生質量損失。這張圖表示，鐵元素處於能量最低位置。這意味著鐵不管是聚變還是裂變都無法再釋放能量，反倒要吸收能量呢。

剩下的問題是地球或者整個太陽系的歷史有多長了？帕特森解決了這個問題，並發現了加鉛汽油對環境的巨大汙染

要搞清楚這個問題，需要依賴一個可靠的時鐘，而這個時鐘同樣由放射性元素提供，對放射性元素的詳細研究，讓科學家發現了一個現象，即放射性元素的衰變非常穩定，並且其衰變到只剩一半的時間是恆定不變的，這被稱為該元素的半衰期。

要想知道太陽系的年齡，我們需要半衰期很長的放射性元素，如果半衰期太短，那它們早就被全部耗竭了，同時還要找到足夠古老的石頭。而地球上由於存在板塊運動、風雨侵蝕等，不可能還有最初形成地球的石頭了。我們必須依賴太陽系中存在的流星，這些流星是當初形成太陽系時沒有用完的材料。當它們落到地球上後，我們就把它們稱為隕石。通過研究隕石中各種放射性元素的含量，最終我們測量出地球或者太陽系的年齡為45.43億年（1％誤差）。

1956年，還是學生的克萊爾·卡梅倫·帕特森被導師指定完成地球年齡測定，他用一塊在惡魔谷找到的隕石進行了精細測定，由於隕石中鉛的含量對計算結果極其重要，因此他發現了空氣中的鉛已經多到會影響他的實驗測定了。而這些鉛在世界各地都存在著，因為它們來自當時汽車燃油中加入的四乙基鉛。

到此，我們的故事就講完了。好累。

三思逍遙

1.有趣的問題，太陽之所以會發光光熱是因為內部時刻都進行著如下熱核反應：

p+p=d+(e+)+v ；d+p=He3+r；

總的反應式為為：

4p=He4+2(e+)+2v+24.7MeV；

其中p為氕核，也就是質子，d為氘核，兩個質子的氫核，v為中微子。

即四個質子經過聚變反應生成氦核，熱核反應就會消耗物質，每秒鐘有3.9×10^45個原子參與核反應。

2.太陽是一個由氫氣和氦氣星雲構成的“虛胖”的圓球，所以照這麼個反應方法，太陽內部的氕核肯定會消耗完的。

3.到底需要多久才能消耗完？

如果人的一生可以分為童年,少年,青年,中年,老年等幾個時期，太陽的氫大約可以燃燒100億年，目前燃燒了大約45億年，可以說是正值壯年。

4.值得注意的是100億年不是太陽的聚變的壽命，因為即使氫聚變消耗殆盡，還有氦，碳，直到鐵。

5.當太陽中心的氫燃燒完以後，不足以向外釋放能量時，太陽開始向中心塌縮，依靠塌縮來繼續產熱，但是塌縮產生的熱量是巨大的，會導致太陽重新變大，膨脹。

6.膨脹後比現在的太陽還要大，變成一顆紅巨星，那時離太陽最近的三大行星，水星、金星、還有地球將全部被吞噬。也有可能太陽由於質量變輕對於地球等小弟控制減弱，地球更遠離太陽。

核先生科普

太陽作為一顆典型的中等質量的恆星，她的壽命大約是100億年，目前，她處於中年時期，至少還有50億年的壽命。太陽的能量來源於核聚變，即由於超高溫和超高壓，把氫核轉變為氦核，這個轉變過程就釋放了大量的能量。能量主要是以帶電粒子和光輻射的形式釋放。整個太陽就是一個驚人的放射源，無時無刻都在向整個宇宙釋放輻射。

每過一秒鐘，太陽都可以把質量達600000000噸的氫原子迅速轉換為氦原子，依據愛因斯坦的能量公式，即E=MC2，太陽每一秒鐘都可以把相當於4.4噸的物質轉換為“純能量”。這是什麼概念?只要0.5克的物質轉變為純能量，其能量之威力，就超越了美國投擲在廣島的原子彈的爆炸威力。4噸多重物質轉換成的純能量，已經相當於大約1萬億億顆原子彈爆炸釋放的威力。可以說，人類有史以來創造出的總能量也沒有太陽一秒鐘創造出的能量多。如果把太陽一秒鐘釋放的能量聚集起來，可以在2分鐘以內將火星的地殼完全熔化！太陽一秒鐘就可以釋放這麼巨大的能量！那麼，一年呢?

懷疑探索者

太陽距離我們地球大約為1.5億千米，無時無刻都散發著光和熱，給我們地球帶來溫暖。已經不停的燃燒五十億年了。為什麼它一直燒都燒不玩呢？

其實太陽的燃燒與我們地球上的火焰燃燒不同，地球上的火焰是化學反應，而太陽的燃燒是核聚變。由於太陽引力非常龐大，使得中心不斷壓縮，內核的溫度將高達1500萬度，這樣就產生了核聚變，由四個氫原子聚變成一個氦原子的熱核反應。

核聚變中每秒400萬噸的物質將轉化為能量，產生的能量需要1000萬年才能到達表面，由於太陽質量過於龐大，這對於太陽來說幾乎是微乎其微。所以才能燒這麼久。

雖然太陽的質量佔據了太陽系百分九十九點八的質量，不過終有一天會燃燒殆盡的，根據科學家的推算，太陽還能燃燒50億年，在50億年後將進入老年時代，變成紅巨星膨脹到十分巨大，最終形成一顆安靜的白矮星

宇宙探索未解之迷

首先說明一點，準確的說，太陽並不是在燃燒，而是在核聚變，太陽核心的溫度可以高達1500萬攝氏度，如此高溫加上高壓，讓核心的氫不斷髮生核聚變！而太陽的核聚變只是發生在高溫高壓的核心，我們每天享受到的陽光照耀，本質上都是來自於太陽的核心，而不是表面！

對於太陽，我們不能用對普通事物的認知來認識它，太陽太巨大了，直徑可以達到大約140萬公里，體積達到地球的130萬倍，質量2乘以10的30次方千克，是地球質量的33萬倍！太陽的質量佔據了整個太陽系質量的99.86%！太陽的組成很簡單，四分之三都是氫，剩下的幾乎全部是氦，還有少量的氧，碳，鐵等其他重元素，只佔太陽質量的不到2%！

太陽每秒可以將400萬噸的物質轉化成純能量，400萬噸的數字看起來很大，但相對於太陽巨大的質量簡直不值得一提！

按照太陽核聚變的速度計算，我們的太陽能“熊熊燃燒”50億年，50億年之後，太陽的燃料將會耗盡，之後逐漸膨脹成紅巨星，然後歷經漫長的歲月，最終成為白矮星！下圖就很好地描述了太陽的整個生命歷程！

所以說，目前的我們完全沒有必要擔心太陽會耗盡燃料，它的燃料（氫）太多太多了，多到我們想象不到，那是個天文數字！

關鍵字: 核反應 恆星 科學