科学探索菌

其实太阳自身拥有一项人类梦寐以求的技术：可控核聚变反应。

那具体咋回事呢？

我们需要先来了解一下太阳形成。话说宇宙大爆炸之后，经历了两代恒星。在目前太阳系附近位置，第二代恒星发生了超新星爆炸，把物质抛到了太空当中。

后来，在现在太阳系附近的位置，星云物质开始在引力的作用下形成了太阳以及太阳系早期的其他天体。而太阳和其他行星最大的区别在于，太阳占据了太阳系99.86%以上的质量，99%以上是氢元素和氦元素组成。在这个尺度下，太阳的物质在引力作用下都在向中心压缩，当中太阳核心的位置温度变得特别特别高，其实本来是达不到足以引发氢的核聚变反应的温度。但由于量子隧穿效应的存在，所以可以发生了核聚变反应。

这里，我们要注意了，这种反应其实和氢弹的原理是一样的，但是太阳没有像氢弹一下子炸掉，

是因为太阳的核心的核聚变反应和温度是相关的，而温度高低其实取决于太阳核心受到的压力作用的大小。这其中有一对相互博弈的力，一个是太阳自身引力，一个是核聚变向外产生的向外压力。

如果太阳自身引力占据上风，而核聚变向外压力处于下风，那说明太阳核心的受到的压力是比较大的，温度就会上升，这时核聚变反应就会更剧烈一些，产生更大的向外压力，去和引力抗衡。这时候，中心的受到的压力就会下降，温度就会降低。

如果核聚变向外的压力处于上风，而太阳引力处于下风，那说明太阳核心受到的压力是比较小的，温度就会下降，核反应的程度也就会减弱，这时候向外的压力就会减弱。这时候，引力就会慢慢占据上风的位置，让核反应的程度加强。

因此，太阳自身引力其实和核聚变向外的压力使得太阳的核反应处于一种动态平衡的状态，这才使得太阳不会一下子炸掉。

不过，太阳的稳定并不是持续不变的，要知道太阳要时时刻刻向外辐射能量，每秒大约有400万吨的质量转变为能量，也就是损失掉这么多的质量。随着质量的减少，太阳的引力也就会减弱，当减弱到一定程度之后，引力就不足以对抗核聚变产生的向外压力，太阳就会膨胀得特别大。太阳的大气可以差不多扩大到地球轨道附近。地球甚至有被吞没的可能性。

这时候的太阳其实变成了一颗红巨星，而我们现在的太阳其实处于青壮年的状态，在天文学上也叫做主序星时期。这个时期大概会持续100亿年，现在是已经度过了46亿年。也就是说，再过50多亿年后，太阳将会控制不住自己，膨胀开来。

钟铭聊科学

科学家们研究发现，我们的太阳能够持续燃烧长达一百亿年，如此漫长的时间简直是不可想象的，那么太阳为何能熊熊燃烧如此长的时间呢？

首先说一点，太阳并不是真的在燃烧，燃烧只是一种形象的说法，太阳发出的光和热都是通过核聚变产生的。

首先，太阳的质量足够大，它占据了整个太阳系质量的99.86%，它的总质量高达1.9891×10³⁰kg，虽然每秒消耗420万吨的氢燃料，但这点之间相对于太阳质量简直不值得一提！

同时，太阳的核聚变只发生在最里面的核心部分，那里温度高达1600万摄氏度，压力高达3300亿个大气压，恐怖的环境是氢发生核聚变的必要条件！

那么为什么如此剧烈的核聚变没有把太阳炸开呢？因为太阳在进行核聚变的过程中已经取得了一种平衡，核聚变产生的外推力与向内的万有引力之间的平衡！

太阳巨大的质量会产生恐怖的向内万有引力，这也是太阳发生核聚变的条件，强大的万有引力让太阳核心产生剧烈高温和高压，这种高温高压会促使核聚变的发生，核聚变又会产生向外的巨大推力，不至于让太阳因为万有引力无休止地向内坍缩！

所以，我们的太阳能够持续燃烧上百亿年。而百亿年之后，燃料逐渐耗尽的太阳终于抵抗不了无情的万有引力，向内坍缩，最终向红巨星和白矮星演化！

而比太阳更大的恒星向内塌缩的更厉害，最终会形成中子星甚至黑洞等更加诡异的天体！

宇宙探索

这基本是一个科学之谜。

现在有很多理论、假说和猜测，没有一个确切的理论，就是说，现在没有一个理论能够信服的说明白这个问题。

不过我认为做为普通人，可以简单的理解为现在这样子已经是引力和爆炸、热膨胀达到平衡了。

就是说，比如引力引起的压力使核聚变能够发生，发生的核聚变引起的热膨胀力又使压力减小，使核聚变停止，但是停止的核聚变又使压力增大，使核聚变又发生，使之达到一个刚刚能够发生的平衡。

就是说，这种机制机理使核聚变能够持续发生，而不会使整个太阳像一枚氢弹一样，一次性炸掉，而事实也是这样的，我们的理论只是解释这个现象。

从复杂一点的星球结构上去分析，肯定是太阳中心的压力最大，如果达到了发生核聚变的程度，核聚变产生的反作用力，就会使核聚变维持在一个稳定水平，而中心以外的压力都达不到核聚变的水平，所以从外面看太阳，虽然火焰滚滚的，但确实只有中心部分在发生核聚变反应。

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答：太阳内部的核聚变反应，只在太阳中心的一小块区域内进行，由于太阳巨大的引力，核聚变释放能量产生的热膨胀和引力相互平衡，所以太阳不会瞬间解体。

太阳每秒钟释放大约4*10^26焦耳能量，相当于5万亿颗广岛原子弹释放的能量总和，在太阳内部，主要进行着氢元素向氦元素的聚变反应，和氢弹的核反应原理类似。

之所以太阳不会瞬间爆炸解体，主要是太阳有着巨大的引力，核反应释放能量产生的热膨胀，还不足以让太阳物质完全脱离太阳引力；而太阳真正的核反应区，大约只有0.25个太阳半径，中心区域的温度高达1500万度，压力高达3000亿个大气压。

太阳表面温度只有大约5500℃，所以太阳从内到外，温度梯度是非常大的，只有中心的核反应区才进行着核聚变反应，接近太阳表面的绝大部分区域，都是太阳物质的对流区，热膨胀和太阳引力相互平衡。

氢弹的核反应原理虽然和太阳类似，但是氢弹瞬间释放的能量无法被束缚，所以氢弹随着爆炸就解体了；在人类进行的可控核聚变装置中，比如托卡马克装置，内部进行的核聚变与氢弹类似，但是托卡马克装置中的超导强磁场，可以把核聚变反应产生的高能粒子束缚在装置内，然后慢慢释放出来。

所以，太阳可以看成核聚变反应和引力相互平衡的结果，但是这种平衡并不会一直持续下去，天文学家预测在60亿年后，太阳的核聚变反应材料将会消耗殆尽，到时候太阳引力将会占据主导，使太阳收缩成一颗白矮星。

对于超过10倍太阳质量的恒星，在演化末期还有可能出现核聚变反应失控，然后以超新星的形式结束生命，这样的事件，在我们银河中大约每百年会出现两次。

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太阳是利用核聚变反应释放出巨大的能量的，相当于每秒钟919亿颗100万吨级的氢弹同时爆炸。这样的“爆炸”已经进行了约46亿年了。

那么，为什么太阳不会一下子全部“炸”了呢？

实现核聚变反应需要满足两个条件：足够的压力和温度。虽然太阳的质量非常巨大～相当于33万个地球。但即使这样巨大的质量也只能使太阳半径的30%以内的压力和温度达到核聚变反应的条件。且99%的核聚变反应都发生在其半径的24%以内。

图：太阳结构

当核聚变反应释放出来辐射压使太阳膨胀时，其内部的压力就会减小，核聚变反应效率就会降低。然后太阳就会收缩，核聚变反应效率又会增加……这样就使得太阳的核聚变反应效率在较短时间内保持了一个平衡。

但太阳的核聚变效率会随着时间的推移逐步提高的。这是由于氢的核聚变反应产物为氦。由于太阳的质量达不到让氦产生核聚变反应的压力和温度，氦会在太阳的核心处积累。太阳的压力会使氦核坍缩成电子简并态物质。氦核坍缩时会带着周围的氢坍缩，这样就使氢的核聚变反应效率增加。

氦核越来越大，氢的核聚变反应效率就会越来强。太阳的光度就会越来越强。这可能就是地球在最开始的几亿年没有诞生生命的原因之一。这也是在10亿年后地球因为太阳的光度增加被烤干的原因。

有没有突然就一下子“炸”了的恒星呢？

在宇宙中，由多颗恒星构成的系统是非常常见的，例如：离我们最近的半人马座α星就是一个三合星系统。在一个多星系统里，当一颗质量稍大的恒星燃料耗尽后成为了一颗白矮星～它是由碳、氧元素的电子简并态构成。它可能会从其伴星处吸收气体。当白矮星的质量（质量越大，压力就越大）达到点燃碳的核聚变条件时，就会发生剧烈的爆炸，这就是Ia超新星爆发。

这是由于简并态物质的密度不会随着温度的增加而减小，当简并态碳元素发生核聚变时，温度会急剧上升。核聚变反应效率增加，温度进一步的提高……这就形成了热失控状态的核聚变反应。这样，白矮星就一下子“爆炸”了。

由于Ia超新星的起爆条件差不多的，所以它的亮度是一样的。同时，我们也知道亮度与距离的平方成反比。科学家利用这一点，利用Ia超新星这个标准烛光进行超远距离的测距。

讲科学堂

其实这是一个很好的问题，很多人都知道太阳和氢弹都是利用的核聚变反应。但是偏偏是氢弹一下子全炸了，但是太阳却可以保持一个温和和稳定的反应趋势。

但这个问题其实很好回答，我们初高中都学过化学反应的过程，要知道，同一个化学反应也有快有慢的，比如：加不加催化剂，就会让化学反应的剧烈程度发生质的变化。虽然核聚变反应是在原子核层面进行的，但是道理其实和化学反应是一样的。

氢弹之所以一下子全炸了，说白了就是引爆氢弹的条件满足了核聚变快速反应的条件，而太阳之所以烧的很慢，说白了就是引发太阳的核聚变反应的条件只能让他达到这个反应速率。那具体是咋回事呢？我们就来具体地聊一聊。

氢弹

首先，我们先从氢弹说起，氢弹的核聚变反应用的是氢原子核的核聚变反应。这里的氘和氚其实是氢元素的同位素，也是质子数为1的元素，反应生成的是氦元素。

那要快速引爆氢弹的条件是什么呢？

科学家发现，要让氢弹引爆的反应条件是1亿度。这个温度对于人类来说是难以企及的温度，为了实现这个温度，科学家利用的办法其实是先引爆一颗原子弹，原子弹爆炸后产生的温度就能达到1亿度，然后利用原子弹产生的高温来引爆氢弹。

太阳的核聚变反应

那我们继续来看看太阳的核聚变反应。实际上，反应原理和氢弹的类似，也就是氢原子核的核聚变反应。一般来说有两条路径，分别称为

但是，两者的差别就差在了反应条件上了。氢弹的反应条件是1亿度，而太阳内核的温度只有1500万度。要知道，这么大的温度差，使得氢弹的反应速率远远快于太阳的核聚变反应是很正常的。

但同样的，这里也存在着一个矛盾。上文我们也提到了，科学家发现要使氢弹发生核聚变反应至少需要1亿度。但是为什么太阳的内核只有1500万度就可以被点燃呢？

具体来说是这样的，太阳其实处于一种特殊的物质状态。我们常见的物质状态是：固态、液态、气态。

而太阳则是等离子态，这是由于自身的质量巨大，占到了太阳系总质量的99.86%，导致自身引力巨大，引力会使得恒星内核的温度特别高，从而使得电子获得足够多的能量，摆脱了原子核的束缚。所以，太阳内核更像是一锅粒子汤。其中，原子核和电子到处乱串。这无形当中就增加了原子核相撞的概率。但我们要知道的是，原子核是带正电，这是因为原子核是由质子和中子构成的。质子是带正电的，中子是不带电的，因此，原子核是带正电的。

而同种电荷是相互排斥，也就是说，原子核会在静电斥力下被相互排斥，这其实增加了核聚变反应难度，核心问题就是需要克服这个静电斥力，这就需要额外的能量输入。照理说，如果没有外人来给这个系统输入能量，太阳的核聚变反应应该是不会发生。

不过，在微观世界中存在这一种量子效应，被我们称为隧穿效应。意思是说，原本在宏观世界中不可能的事情，或者说需要额外输入能量的事情，在微观世界中就有一定的概率发生。通过统计，科学家就发现，一对原子核每10亿年才发生一次核聚变反应。

照理说，这个概率是特别特别低的，低到几乎不会发生。不仅如此，如果我们仔细观测，就会发现，氢原子核中存在着一个质子，而氦原子核是2个质子和2个中子。这就是说，在这个过程中发生了4个质子转化为了2个质子和中子，也就意味着有2个质子要转变为中子。这其实是需要弱力参与的，而弱力是真的很难，发生的概率也很低。

我们要知道的是，偏偏太阳是足够大，粒子数足够多，因此再小的概率到了这里，都变成了大概率事件。但是由于“隧穿效应”和“弱力”的发生概率都很低，它们控制着核聚变的反应速率。所以，太阳不可能像氢弹那样一下全炸了，而是需要慢慢地烧着。

薛定谔的科学

太阳确实每时每刻都在发生着核聚变，但需要说明一点，太阳的核聚变是可控的，因此不会爆炸涨出来。尽管太阳一秒钟释放的能量相当于几亿颗氢弹。天体物理学真正意义上的不可控核聚变的例子是Ia型超新星，不稳定对超新星，新星等等。

太阳的核聚变可控是因为太阳的压强是由温度提供的（主要是气压），而太阳核聚变的速率受温度和密度的影响，温度越高，密度越高核聚变速率越快。当太阳核聚变速率过快时，内核温度升高，压力超过引力而膨胀，导致核聚变减缓。同理，太阳核聚变速率过低时，压力不足发生引力坍缩，导致温度和密度提高，核聚变加快。这样就形成一个负反馈调节。

白矮星是简并态天体，内部的压强几乎完全是由电子简并压提供的，温度只占很小的一部分。当白矮星不断吸积物质，质量增大到接近钱德拉塞卡极限时，电子简并压无法支撑恒星的质量，从而发生引力坍缩。由于白矮星的成分是碳氧，引力坍缩导致它们聚变成铁。然而，白矮星的压强主要来自简并压，所以核聚变的温度上升并不会引起白矮星膨胀。于是核聚变的速率越来越快，最后整个白矮星在一瞬间被点燃，释放的能量将白矮星彻底炸碎，形成Ia型超新星。

质量大于150个太阳质量的超大恒星，其内部温度极高，因此支撑恒星主要是靠辐射压。当恒星耗尽核心的氢，聚变更重的元素时，恒星内部的温度越来越高。当温度高到一定程度时，光子的能量足以产生正负电子对，导致辐射压损失，平衡被打破。于是恒星发生急剧的收缩，在短短的几秒内把40倍太阳质量的核心聚变成铁，恒星被彻底炸碎，不留下任何致密星。这就是不稳定对超新星。

平衡的稳定性也和核聚变随温度的变化率有关。太阳内部的核聚变是pp链反应，更大质量的恒星是CNO循环。pp链反应速率和温度四次方成正比，CNO循环和温度17次方成正比，所以它们随温度的变化不剧烈。然而，氦聚变的速率和温度的40次方成正比，这使得一点微小的扰动就足以让恒星偏离平衡，而且恢复平衡也更为困难。所以晚年恒星的核聚变不稳定，常常发生周期性爆发。

带上他的眼睛

我们地球生命每天沐浴着太阳的光辉，生机勃勃，这一切完全依赖于太阳提供的能量。假如没有太阳，地球将是一个冰冷黑暗的世界。
既然我们如此依赖太阳，就该认真理解它的工作机制和结构。太阳的能量从何而来？为何可以持久稳定？

如今我们知道，太阳是银河系中千万颗恒星中的一员，是一颗光谱为G2V的黄矮星。太阳寿命大约100亿年，目前其年龄大约46亿岁。太阳的直径约为140万公里，是地球直径的100倍。其质量约为2x10^30公斤，约为地球质量的33万倍。太阳中心温度大约1500万K、表面温度为5770K。

太阳从内向外分别是中心核聚变反应区、辐射区、对流层和太阳表面大气层。
科学家告诉我们，现在的太阳是由71%的氢、27%的氦（自然界中第二简单元素）和2%的其他重元素（氧、碳、氖、铁等）构成，以核聚变的方式向太空释放着能量（光与热）。

那么，太阳的核聚变的过程为什么能够维持稳定而不发生爆炸呢？

首先，太阳质量巨大，内部的温度、密度和压力随深度而增大。核心区如同受控的“氢弹”爆炸，是一个持续“受控”的核聚变。

在太阳核心区，气体被外层的质量因引力作用而强烈向内压缩，密度达到铅的13倍。在这极端压力下，原子核聚合在一起发生核聚变反应，使得核心区压力进一步增大（约是2500亿个地球大气压），产生巨大的向外压力。这个由热核反应产生的向外压力，与外层质量因引力而产生的向内压缩力形成抗衡。最终结果是，太阳总体处于一个在天体物理学中叫做“流体静力平衡”的状态。
这种持久平衡，可使得太阳有一个持续上百亿年相对稳定的状态。它既不会像炸弹一样立刻爆炸解体，也不会因引力作用立刻坍塌。宏观上力的平衡维系太阳的长久稳定。

其次，由于太阳核心区的密度非常大，1500万K的气体几乎是致密不透明。每秒约400万吨的质量在核心区转化为纯粹的能量，产生辐射。辐射粒子流与气体粒子发生激烈的反应，无法传播的很远。结果是，核聚变释放的能量在太阳内部各个方向上的辐射多次被物质吸收、再发射以及散射，循环往复。
由于太阳内部发出的辐射能量不能像真空中的光速一样快速传播，核心区的辐射需要花费10万年的时间才能到达太阳表面，虽然这段路程只有70万公里（半径）。之后，只需8分30秒的时间，阳光就能穿过浩瀚的太空到达地球。

OMG！今天我们正沐浴着的是10万年前远古智人时期的阳光！

（谢谢阅读）

看松读画轩

太阳也是核聚变反应，为什么太阳能够维持稳定而不发生爆炸？

其实就有很多恒星就是压制不住内心的洪荒之力，正在大幅的丢失质量！比如大麦哲伦星系蜘蛛星云中的R136星团中的R136A1、R136A2、R136A3，这些恒星都是远超爱丁顿极限的恒星，比如R136A1，它正在经历极端的质量丢失，它的恒星风达到了 2600±150 km/s，丢失的质量高达3.21×10^18 kg/s！是太阳质量损失的9亿倍！

在这个话题中我们必须要来了解一个概念，即爱丁顿极限，这是解释太阳为什么不会爆炸的关键因素！

一、爱丁顿极限

爱丁顿极限的词条解释很简单：指在球对称前提下天体的辐射压力不超过引力时的光度上限值！

但这个词条的解释比较重要，因为很多朋友无法理解这些名词

1、恒星的辐射压： 辐射压是电磁辐射对暴露在其范围内物体表面所施加的压力，与大部分朋友理解的不同，恒星的只在内核达到了极高的温度从而引发了核聚变，整颗恒星的光和热都来自内核，而内核压力越大，温度越高则聚变越剧烈，产生的辐射压也更大！

2、天体的引力坍缩：物质聚集在一起是受到引力的作用成为一个球体，而内核则由于引力坍缩能逐渐温升，引力是导致恒星内核核聚变的真正原因，但引力也是束缚恒星核聚变产生巨大能量的原因！

3、爱丁顿极限1：当恒星质量越来越大时，内核的压力温度会越来越高，核聚变燃烧的也会越来越剧烈，而能够称之为恒星，当质量越来越大时，因为内部从初期开始就存在辐射压，物质密度会比其他气态天体要更低一些，因此辐射压才有机会超过引力坍缩，成为恒星极端不稳定的根源！

4、爱丁顿极限2：一般我们认为太阳质量的150倍是两者平衡的极限，当恒星质量超过太阳150倍时强大的辐射压将会导致恒星物质大量流失，而猛烈的恒星风则会在其周围产生一个死亡区域，这样的恒星周围是不会有宜居带的！

二、太阳为什么还没有爆炸？

了解了爱丁顿极限之后的解释太阳为什么还没有爆炸就简单了，因为太阳质量产生的内核温度并不“足够”，因此内核仍然在“温柔的燃烧”！而产生的辐射压也无法撼动引力坍缩的地位，因此太阳内核这只有着“洪荒之力”的“猛兽”仍然被牢牢的束缚在辐射层内！

但准确的说，太阳最终将不能控制内心的“暴躁”，终有一天它是爆发的，而这个时间将会在氢元素燃烧殆尽，氦元素堆积，内核辐射压无法支撑外壳坍缩时所导致！因为巨大的坍缩能将会瞬间点燃氦元素，产生更加强大的辐射压将外壳物质抛洒到太阳周围的空间，这就是太阳的氦闪！预计太阳将在脱离主序星12亿年后发生第一次氦闪，在此之后，太阳的氦闪会再次发生，并且会越来越频繁，但级别会逐渐减小，最终外壳脱离成为行星状星云，而内核则成为一颗白矮星！

每一个尖峰都代表一次氦元素剧烈聚变的发生，很多人将这称之为恒星的呼吸，尽管呼吸对于人类很重要，但在恒星界则表示极不稳定，而此时的太阳系早已不再宜居，只不过留给人类的时间还有二十多亿年！

成也萧何败也萧何，正是三十年河东，三十年河西.........引力坍缩是恒星聚变的诱因，也是束缚恒星蛮荒之力的源泉，但最终却成为恒星的终结者，不得不说在每一个阶段它们都在扮演不同的角色，唯一有不同的是，这角色是游走于边缘的！

星辰大海路上的种花家

太阳内部发生着剧烈的爆炸，每秒损耗420万吨物质，释放的能量超过人类有史以来制造的所有核弹，但太阳引力又十分强大，可以将爆炸限制在一定范围内。

太阳内部由于压力、温度都十分的高，等离子体物质热运动十分迅速，氢核在这样的情况下剧烈的不规则运动，就可能相互碰撞，碰撞的时候氢核结合在一起形成氦核，同时伴随着质量损失和能量释放，这个过程就是一次微型的爆炸，而太阳核心区域物质异常稠密，这样的事情发生的很频繁，于是就组成了太阳系最猛烈的爆炸，向外喷发的能量在太阳表面掀起“巨浪”，日冕等结构的形成就是太阳能量波动。

但是太阳引力又十分强大，可以将“爆炸”的影响降到最低，爆炸的力和引力形成平衡，使得太阳维持在目前的主序星阶段，持续稳定地燃烧。而随着太阳内部参与核聚变的氢核的减少，太阳内核会收缩，启动氦的聚变反应，短时间内释放的能量，将推动外层物质突破引力的束缚剧烈的膨胀，这就是太阳的红巨星阶段，这样的现象是根据人类观测得出的结论，不是纯理论，更不是猜想。

而氢弹那样的核聚变过程是不同的，利用爆炸形成的高温高压点燃核聚变，释放庞大的能量，地球的引力、大气压力环境无法束缚这样剧烈的能量冲击，因此会造成巨大的破坏，但氢弹的核聚变原材料大部分都浪费了。

關鍵字: 核聚变 科学 恒星