太陽是我們所處的恆星系-太陽系中絕對的「老大」,它所包含的物質總量佔據了整體恆星系的99.86%。依靠著強大的質量,一方面太陽所提供的巨大萬有引力,吸引著整個星系的眾多天體和無數星系物質,圍繞著太陽這個核心作周期性的公轉;另一方面,在內部核聚變的作用下,太陽每時每刻都在向外釋放著光和熱,這些能量成為維持整個星系穩定演化的推動力量,特別是對於地球上各種生命形式的產生和發展,提供了必要的物質和能量支撐。
太陽的形成,來源於在這一空間區域中,上一任大質量恆星在生命的末期,發生超新星爆發之後,所「噴灑」出來的許許多多星際物質,在相互引力的擾動和作用下逐漸聚集,在星際物質的聚集和坍縮過程中,推動內核的溫度和壓力不斷提升。
慶幸的是,太陽所吸聚物質的總量,也就是上一任恆星發生超新星爆發所形成的星際物質總量比較豐富,使得原始恆星的內核有了豐富充沛的物質輸入,當所吸聚的物質越來越多,內核的溫度和壓力也越來越大,當溫度達到700萬攝氏度、壓力達到上千億個大氣壓之後,組成太陽內核的氫原子發生量子隧穿的效應有了質的提升,有一些氫原子中的質子在這種效應作用下,突破了與周圍其它氫原子間的庫侖力排斥,順利進入另外的氫原子中,進而聚合成氫的另外一種同位素-氘,就此開啟了恆星內部核聚變的序幕。
在太陽內部所進行的核聚變,實質上是一種質子-質子的鏈式反應,其中佔據主導地位的是氫氦的鏈式反應,即4個氫原子將最終聚變形成1個氦原子,同時釋放出中微子、伽馬光子。在一個完整的鏈式反應中,反應前後的質量有些許減小,按照愛因斯坦的質能方程,物質的質量和能量是一個統一體,都是物質狀態所表現出來的兩個不同層面,系統的總質量發生了虧損,那麼就會以能量的形式展現出來,從而維持一種總體的能量和能量守恆狀態。
據科學家們測算,太陽內部每秒種參與核聚變的氫總量要達到7億噸左右,而在此過程中淨虧損的質量約為500萬噸,所對應的釋放出來的能量為4.5*10^26焦耳。那麼,在太陽形成以後的近50億年來,太陽內部消耗的氫總量達到10^26噸級別,而淨虧損的質量約為8*10^23噸,這個數值看上去非常龐大,相當於100多個地球的質量,但與太陽剛形成時的總質量相比,虧損的部分僅點千分之四左右,這也是為什麼幾十億來太陽依然保持穩定的原因之一。
1公斤標準煤完全燃燒的熱值約為29306千焦,所以太陽一秒鐘所釋放的能量總和,相當於4.5*10^26/(29306*10^6)=1.5*10^16噸標準煤所釋放的總能量。據統計,全球目前煤炭的總儲量大約為1.06萬億噸,即1.06*10^12噸,即使所有煤炭全部開採,全部完全燃燒,全部按照標準煤的熱值進行考慮,那麼也僅僅是太陽一秒鐘所釋放能量的十萬分之七。
之所以會出現這種情況,主要原因在於太陽向外釋放的能量,是以電磁波的方式向宇宙四面八方傳送的,在地球這塊「節點」上所接收到的太陽輻射量,僅佔據到太陽總輻射量的22億分之一,就是這極小的一部分能量,為地球的發展和生命的演化提供了充沛的物質和能量保障。另一方面,地球上煤炭的形成,需要漫長的地質作用和特定的埋藏和沉積條件,只有很少一部分植物才可以將接收到的太陽能量轉化為煤炭。即使將全球內部所有儲藏的煤炭、石油、天然氣等化石能源都加起來,總能量也趕不上太陽哪怕一秒所釋放出來的能量。