太阳的质量大约是2×10∧30千克，相当于33.3万个地球，它的质量占整个太阳系的99.86%。

图：太阳与其他行星的比较

太阳的燃烧是通过核聚变反应释放的能量，它每分钟将6.2亿吨的氢聚变成氦，这个过程大约损失0.7%的质量，约434万吨质量。并释放出约9.2亿亿吨TNT炸药爆炸产生的能量，相当于18.4亿个目前最大的氢弹同时爆炸。即使是这样，在过去45.7亿年里，也只损失了100个地球的质量。

为什么太阳的核聚变反应不在整个太阳中同时发生呢？

核聚变反应的启动条件需要极高的压力和温度。太阳的表面温度约为5800K，核心温度为1360万K，且核心的物质密度达到了每立方厘米150克，所以只有在太阳的核心才会发生核聚变。

图：太阳结构

太阳的核心大约为半径的1/5～1/4以内。太阳产生热量的99%来自于24%的半径以内，核聚变反应在半径30%处几乎就停止了。所以，核聚变反应功率随着离核心的距离增大而减小。

在太阳核心处的核反应是一个动态平衡的过程，压力增大，核反应速率加快，辐射压就会抵消掉部分压力，核反应的速率就会降低。核反应速率降低后，压力就会增大……如此反复，达到一个平衡状态。

图：红巨星与太阳

即使是整个太阳的主序星阶段也无法将全部的氢燃烧完。它只会将核心处的氢核聚变为氦。大约在50亿年后，由于核心的氢已燃烧完，太阳会向内收缩，核心处的压力增大，氦核的温度上升，紧挨着氦核处的氢聚变反应的速率大大增加。产生大量的热量，热量迫使太阳膨胀，这时太阳变成了红巨星。它的半径将达到地球的轨道，很可能将地球吞噬。也有可能因为剧烈的太阳风的原因，会损失掉大约30%的质量，地球的轨道会向太阳系边缘移动，即使是这样，地球也会被烤干并失去大部分的大气。

图：太阳的演化过程

太阳核心的温度会持续增加，当温度达到1亿开时，就启动了氦的核聚变。氦的核聚变会生成碳。当氦全部转变成碳后，太阳就不再核聚变了。

在太阳的红巨星阶段，剧烈的热脉动会导致外层的气体逃逸，并形成行星状星云。这时就只剩下碳核心。这就是白矮星阶段。白矮星会在以后的数十亿年间慢慢冷却，成为黑矮星，直到宇宙的末日。

地球上的生命是等不到太阳变成红巨星这一天的。由于太阳的光度每过10亿年会增加10%，地球在10亿年后，地表水就会全部被蒸发，绝大部分生物会灭绝。所以，留给人类的时间只有几亿年了，在这之前，我们必须移居到离太阳较远的火星之上，并在太阳成为红巨星时，移居到更远的木星的卫星处。再以后，就必须离开太阳系了，因为太阳会在红巨星阶段发生多次氦闪，每次释放出的能量相当于主序星阶段的1000亿个太阳在那一瞬间释放出的能量。

对于地球上的各种生命和人类来讲，所使用的各种能量大多直接或者间接来源于太阳。那么太阳保持活动和发光发热的能量都来自其内部的核聚变，太阳这样的恒星之所以可以保持几十亿年以上的核聚变，是和它们的质量密不可分的。

太阳自身的质量决定了太阳的温度，光度。太阳的质量相当于33万个地球。对于太阳核心部位发生的核聚变，聚变的氢核生成氦核的过程中有了质量损失，通过爱因斯坦质能方程可以计算其损失质量转化的能量大小。

巨大的质量产生向内挤压的重力，使得内部必须具有相应的温度和密度来发生核聚变来平衡重力。而内部的温度控制这核聚变的速率和能量输出，恒星的稳定就在于其向内的重力与内部核聚变向外张力之间的平衡。所以太阳巨大质量，可以保证稳定的输出能量，而不是像氢弹一样一下子释放。

当太阳内部的氢燃烧殆尽，这种平衡就会被打破，恒星将会膨胀或者坍缩。以太阳内部的含有氢的质量和现有的聚变速率来计算，太阳正当壮年，还可以继续燃烧个50来亿年，随后就有可能进入极度膨胀的红巨星状态，地球也可能被吞噬。

太阳中心的热核聚变反应已经进行了约50亿年之久，还有50亿年的反应周期，这就是太阳能够燃烧100亿年的出处，也是太阳的寿命。

太阳是一颗黄矮星，黄矮星就是具有0.8到1.2倍太阳质量之间的恒星，在银河系约占3%（也有说占10％左右）。恒星的寿命是以恒星质量大小来决定的，质量越大的恒星寿命越短，质量越小的恒星寿命越长，同等质量的恒星，寿命都差不多。

所有和太阳质量一样的黄矮星寿命都在100亿年左右，所以太阳寿命也在100亿年左右。

科学家是如何知道恒星的寿命的呢？其中一个重要方法是通过球状星团法得到的。

科学家们假设这个星团的所有恒星都是同时诞生的，开始恒星都很年轻，但过了若干年就不一样了，有的就很老了，有的就很年轻。

就像我们观察人类社会看到了老中青少各种阶段的人，就知道大概人的寿命有多少，哪个阶段的人是什么样子。恒星也是这样，不同的恒星都有主序星阶段，就是正常稳定燃烧的阶段，但不同质量的主序星拐点的时间就完全不同，就是寿命不一样。通过这种方法就知道了各种质量恒星的主序星拐点，黄矮星一般寿命就是100亿年。

天文学家们持续不断的观测了宇宙数百年，对这些恒星的寿命就越来越能够精确的掌握了。赫罗图就是研究恒星关系的重要工具。

那么人类是怎么知道太阳现在的寿命呢？一个重要的方法就是放射性同位素法。

世界上的铀元素（化学符号为U）有两种同位素，U238和U235，它们的半衰期（放射性原子由于衰变使数目减少到一半所经过的时间）分别为7亿年和45亿年。我们通过测量地球和捕获的天体陨石碎片里这些元素的含量及比例，就可以得到太阳系天体的形成时间。

通过检测，地球上的铀矿主要成分为U238，占比99.2739%，U235只占0.7205%，根据二者的半衰期和现在的相对含量，推算出了地球的年龄约46亿年，再根据恒星形成过程，恒星比行星形成的更早，因此这个时间是太阳的年龄下限。

我们知道了像太阳这样的黄矮星寿命，又大体知道了太阳的年龄，所以就知道太阳还有约50亿年的寿命。

太阳最终的宿命是变成一颗白矮星，然后熄灭。所有的黄矮星都是这种归宿。

太阳的核聚变只是发生在太阳中心地带的核反映区，每秒钟都有6亿吨的氢元素聚变为5.96亿吨的氦，同时有400万吨的氢转化为能量以电磁辐射的方式释放出来。

太阳的这种反应已经持续50亿年了，还有50亿年的寿命。并不是太阳的所有氢都燃烧完了，而只是中心核反映区的氢燃烧殆尽，辐射压与引力平衡被打破，就导致了太阳的稳定期终结，太阳开始进入极不稳定的回光返照期。

这时的太阳中心收缩，外围膨胀。成为一个半径扩大200~300倍的红巨星，经过10万年左右的不稳定期，外围没有烧完的氢和氦会渐渐消散到太空，形成新的分子云。其实这部分重归宇宙的氢和氦占太阳质量的绝大多数。

太阳内核会收缩为一个密度极大的白矮星，体积只有地球大小，上面的质量一个立方厘米达到10吨。

这就是太阳的归宿。

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太阳是如何燃烧的？

太阳的质量占到了整个太阳系总质量的99.86%，大约是2*10^30千克，太阳的直径相当于地球直径的109倍。地球在太阳面前显得微不足道。

但是，我们都知道宇宙中只有恒星才会发光，像地球，木星作为行星是不会发光的。这里其实就涉及到了一个问题，那就是为什么太阳会发光？

这个问题其实一直困扰着学者们，很早以前就有人猜测，太阳是煤球。但是，有人经过计算发现，如果太阳是煤球，那只够燃烧5000年的，还没有人类的文明史时间长。

后来，以汉斯贝特为代表了几个科学家，他们发现了太阳的核心一直在进行核聚变。

• 质子-质子链反应
  

当然，这只是笼统的说，如果具体点说，太阳内部主要发生“质子-质子链反应”，也被称为：pp链反应。

粗暴地理解，就是一坨质子通过一系列最终变为氦4，并且释放出大量的能量的过程。

• 碳氮氧循环
  

除了pp链反应，恒星内核的燃烧还有一款反应，被叫做碳氮氧循环。

这个过程如果也要粗暴的理解的话，可以理解成，一坨质子通过一系列的反应，最终生成氦4，而且还是释放出大量的能量。和pp链反应不同的是，这个过程当中会出现碳，氮，氧元素，可以把它们理解成起到催化作用的存在。

不过，碳氮氧循环并不是太阳核心的主要反应，它主要是发生在比太阳稍稍大一点的恒星内部。

太阳为什么会持续燃烧

不知道你发现没有，其实这个氢弹的原理特别像。

但是，太阳为什么没有一下子全炸了？所以，其实太阳燃烧不是单纯的核聚变反应。它其实更加复杂，应该叫做：可控核聚变反应。这技术应该是人类梦寐以求的，太阳的内部就在发生这样的反应。那究竟是咋回事呢？

其实，我们知道太阳的质量巨大，所以自身的引力就特别特别大，并且有向中心压缩的去趋势，随着引力向中心的作用，中心的温度就会一直上升，直到把中心点燃。

这时候发的核聚变会向外产生一个压力，这个向外的压力会和向内的引力形成动态平衡。

整个过程大概是这样的，如果引力占了上风，就会向中心压，这时候太阳核心的温度就会升高，核聚变产生更大的向外压力。于是，就缓解了引力对中心压缩的趋势。

如果核聚变占了上风，引力占了下风，那核心被压缩的趋势就会减小，这时候温度就会下降，核聚变反应的剧烈程度就会下降。

通过这样的方式，太阳就可以循序渐进地向外辐射能量，而不是一下子炸掉。

除此之外，还有另外一个原因，太阳内核产生的光子，需要10多万年才能到达表面，然后到达地球又需要8分多钟。这是因为太阳是一个等离子体，光子要出来其实是跌跌撞撞的，要挤出来需要很长的时间。

所以，其实达到地球的光子是10多万年前就产生的。

太阳是通过其内部氢元素的核聚变反应产生能量来维持燃烧的。人类制造的氢弹也是利用了氢元素的核聚变反应来释放出巨大的能量的。同样都是核聚变反应吗，为什么人类制造的氢弹一瞬间就爆炸完了，而太阳却能够燃烧百亿年呢？

首先，太阳的质量比氢弹要大太多了。人类历史上制造出的最大的氢弹是前苏联大伊万氢弹，重量26吨。然而太阳的质量大约是2×10^27吨，是地球质量的33万倍。其中氢元素占到了太阳质量的75%。因此太阳又足够的核聚变原材料供它燃烧百亿年。

第二点，太阳虽然质量非常的大，但是体积也非常的大。太阳的体积是地球的130万倍。太阳的整体密度不大，每立方只有大约米1.4吨。这个密度仅仅是水的密度的1.4倍。因此，太阳上的大部分氢元素不具备发生核聚变反应的条件。

第三点，太阳只有在最核心的地方才具备发生核聚变反应的条件。从太阳的中心到0.25个太阳半径以内是太阳的核心处，这里的温度高达1500万℃，压力相当于3000亿个大气压。只有位于太阳核心区的氢元素才会发生核聚变反应。

太阳内部的核聚变反应消耗的氢元素是相当惊人的。在太阳的内部的热核反应区，大约每秒钟就有6亿吨的氢元素经过核聚变反应产生5.96亿吨的氦元素，释放出了相当于400万吨的氢的能量。太阳仅仅每秒发生核聚变反应的氢的质量就是大伊万氢弹的2300万倍。然而太阳即使是以这样的速度进行核聚变反应，也要持续大约100亿年的时间。

在宇宙中质量像太阳大小的恒星属于黄矮星。这一类的恒星能够大多都能够燃烧百亿年的时间。不过还有一些恒星质量要比太阳小得多，被称为红矮星。这些恒星内部的核聚变反应非常的缓慢，因此这些恒星持续燃烧的时间会更长。

太阳的主要组成元素为氢，占比将近75%。氢元素发生核聚变反应是太阳的能量来源，每秒可以释放出多达3.8×10^26焦耳。如果以人类目前全年的用电量来计算，太阳一秒释放的能量足够人类使用上百万年。之所以太阳的核聚变反应可以持续50亿年，并且未来还会再继续50亿年，这与恒星有一套机制来控制核聚变反应有关。

太阳中的所有氢原子核不会同时参与核聚变反应，而是只有一小部分，因为发生核聚变反应需要苛刻的条件。由于氢原子核会互相排斥，并且本身体积很小，它们只有获得巨大的动能才有可能互相碰撞而发生核聚变反应。只有在太阳中心向外延伸20%至25%太阳半径的核心部分，在太阳自身巨大重力的挤压下，那里的氢原子核才会发生核聚变反应。

不过，即便是在太阳核心，也不是所有的氢会同时参与核聚变反应。氢原子核需要发生概率很小的量子隧穿效应才有可能结合成双质子，而且这种粒子很大概率会重新衰变成氢原子核。只有双质子发生概率很小的β+衰变产生氘，才能进一步引发核聚变反应。

根据第一步发生的概率来计算，即便是在极端高温高压的太阳核心，平均每个氢原子核需要耗费大约10亿年的时间才能合成氘。正因为如此，这使得太阳核心的所有氢原子核需要大约100亿年的时间才能完成核聚变反应。

同时参与核聚变？核聚变是有条件的，只有压力和温度达到了聚变的要求，聚变才能进行。

并不是只要有一堆氢核在一起就能聚变，聚变克服的是巨大的电磁斥力，需要很高的温度和压力让氢核运动速度接近光速，然后相撞完成聚变。

太阳表面，即我们肉眼看到的圆面，是太阳的光球层。光球层的温度只有6000℃，至于压力，在表面无从谈起，因此表面的氢核是没法聚变的。

往里一些，比如对流层、辐射层，压力和温度也达不到聚变的要求，这里的氢核也没法聚变的。

因此，整个太阳聚变的地方，只有在我们称之为核心区的太阳中心。

这里的温度高达1500万℃，压力是整个厚度有5万多千米的太阳外层，相当于2500亿个地球大气压。

这里的物质密度很大，使得氢核更容易相撞，所以这里是太阳聚变发生的地方。

事实上，这么高的温度和压力对于聚变氢核氦核还行，这些粒子克服巨大的电磁力除了依靠极大的速度，还有可能的量子隧穿效应——粒子的一种概率行为，简单来说可以从壁垒的一边突然出现在另一边，而不需要克服穿过这个壁垒的阻力，这种行为服从量子力学。

但聚变的要是碳核氧核，它们之间的电磁力更加巨大，量子隧穿效应也会有所折扣，这使得太阳聚变碳核，在太阳的核心也基本不可能完成，所以太阳的最终结局就是由大量碳氧组成的白矮星。

太阳的氢氦储量巨大，不聚变的氢氦就储存在太阳的核心以外的地方，这使得太阳能够持续不断地提供一百亿年的聚变原料。

太阳的大小使得聚变的速度并不是很快，许多巨大的恒星，比如海山二，因为质量巨大，挥霍起来也不觉得吝啬，它们的聚变速度要快的多，光热也产生的更多，但寿命可能只有百万年，最终以超新星爆发的形式华丽谢幕。

这些恒星因为寿命短暂，光热产生的更多，也因此不具备孕育智慧条件，没办法像太阳一样不温不暖地给我们长时间地提供光和热。

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这个问题分为三个小问题：

1、太阳的寿命是根据太阳的质量除以太阳每秒钟聚变消耗掉的物质来计算的。核聚变和核裂变一样，都是会消耗物质的，所以太阳一定是有寿命的。

太阳是一个巨大的气体星球，由于引力吸引，越是靠近中心，密度就越大，质量大概1.9891*10^30千克，每秒钟聚变消耗大概400万吨质量，这样算下来，太阳的的寿命大概就是100亿年，目前太阳大约寿命是50亿年。

2、太阳中含有的元素种类也有近百种，氢和氦占了绝大部分，其中氢大概占了百分之七十一，氦占了百分之二十七。

并不是太阳整体在发生核反应，如果整体都在发生核反应，太阳早就作为氢弹爆炸了，研究表明，真正发生核反应的区域是在太阳球形到四分之一半径处，这一区域由于引力吸引具备高温、高压的聚变条件（温度大概1500亿摄氏度，300亿兆帕），聚变就是在此发生的。

经过层层热传递和热辐射，太阳表明的温度只有6000摄氏度，是无法达到氢核聚变条件的。

3、发生核聚变的核心反应区位于中心，没有发生聚变反应的氢位于四分之一半径以外的区域，当内部核反应区域的氢消耗掉以后，外部的氢由于引力吸引被压到中心继续参与核反应。

今天的科普就到这里了，更多科普欢迎关注本号！

之所以太阳能燃烧百亿年，因为太阳的质量够大，燃料够多，同时核聚变并不是在太阳所有地方进行，只在极小的核心发生核聚变，因为那里的条件满足核聚变发生的条件，其他地方不具备！

太阳质量占据整个太阳系的99.86%，具有绝对统治权，是地球质量的33万倍！太阳每秒消耗大约7亿吨氢，在这个过程中400万吨的质量转化为能量，以光子的形式辐射出！

同时，太阳之所以能够维持上百亿年的稳定，因为两种力量的平衡，太阳质量产生的万有引力与核聚变产生的外推力！

我们每天看到的太阳光并不是从太阳表面产生的，严格来讲是几万年前从太阳核心产生的，因为核聚变只发生在核心部分！

不过虽然光子的速度是光速，但并不意味着核心产生的光可以光速达到太阳表面。因为太阳就是一个滚烫的“粒子汤”，核心产生的光子不可能走直线，而是每前进一步都可能被吸收然后再释放出来，这样一步步到达太阳表面，这个过程中需要上万年时间，8分钟之后到达地球！

即使太阳上的氢全部燃烧完毕，也还会有其它热核反应继续发生，因此太阳还是可以继续发射出它那巨大的光和热来！