太陽的燃料是什麼？為何太陽能燃燒100億年，而不會瞬間燃盡？

地球之所以能夠像現在這樣充滿生機，最重要的原因就是，有太陽這個「大火球」在不斷地向地球輸送光和熱。這也就意味著，假如有一天太陽停止燃燒，那麼地球將很快轉變成一顆死寂的冰凍星球，但好消息是，我們不必為此擔心，因為太陽能燃燒100億年。

雖然太陽已經燃燒了大約50億年，但留給我們的時間還有很多，所以我們完全可以花一點時間來了解一下有關太陽的知識，首先來看看太陽的燃料是什麼。

太陽的燃料就是宇宙中最簡單，也是最多的元素——氫，在太陽的內部，氫原子核不斷地發生核聚變反應，同時因為損失質量而釋放出能量，而太陽的光和熱就是來自於此。

由於核聚變反應與基於化學反應的燃燒現象有本質上的不同，因此如果要嚴格地講，那麼就不能說太陽在燃燒，不過為了方便討論，我們不妨還是用「燃燒」這個詞，大家注意這個區別就行了。

觀測數據顯示，太陽主要由氫和氦這兩種元素構成，而其中氫就佔了太陽質量的71%左右，也就是說，太陽其實就是一大堆燃料聚積而成，按照一般的思路來講，這麼多燃料堆在一起，應該很快就燒完才對，但很顯然，這種事情並沒有發生。

所以問題就來了，為何太陽能燃燒100億年，而不會瞬間燃盡？對於這個問題，假如太陽能說話，它一定會對你說：你知道我的核聚變有多難嗎？

通常我們都會認為，太陽的核聚變就是4個氫原子核「Duang」的一下就聚變成一個氦原子核，但實際情況卻要複雜一些。

氫原子核其實就是質子，它們在太陽核心的反應過程是這樣的：首先是兩個質子結合在一起，然後形成氘（氘是氫的同位素，其原子核內包含一個質子和一個中子），接下來氘原子核又與另一個單獨的氫原子核結合，然後形成氦-3（氦-3是氦的同位素，其原子核內包含兩個質子和一個中子），最後才是兩個氦-3原子核聚變成氦，同時釋放出兩個質子。

這一系列的核聚變反應被稱為「質子-質子鏈反應」，需要注意的是，在其中最難的是第一步。

由於質子都帶正電，因此在兩個質子之間就存在著庫倫斥力，而在第一步裡，並沒有中子存在，這無疑使得兩個質子的結合更是難上加難。但這並不是沒辦法解決，正所謂「天下武功，唯快不破」，只要速度夠了，質子間的庫倫斥力也就不是問題了。

由於溫度就是指微觀粒子熱運動的劇烈程度，因此我們可以認為，只有溫度夠了，兩個質子就可以撞在一起。尷尬的是，理論上來講這個溫度應該是上億攝氏度，而太陽核心的溫度卻只有1500萬攝氏度，遠遠達不到這個標準。

由此可見，從理論上來講，太陽核心是不可能發生核聚變的，但我們都知道事實並非如此，這是怎麼回事呢？其實這個問題在過去困擾了科學家們很長一段時間，直到他們發現了微觀世界裡的「穿牆術」——「量子隧穿」。

簡單地講，「量子隧穿」允許質子在能量不足的情況下，直接穿過由庫倫斥力形成的屏障，然後撞在一起，這就幫助太陽解決了溫度不足的難題，美中不足的是，發生「量子隧穿」的概率非常低。

但這還沒完，當兩個質子撞在一起之後，就形成了雙質子（氦-2原子核），在這種情況下，其中的一個必須要在很短的時間內發生β衰變，從質子轉變成中子，這樣才能形成氘原子核，否則的話，雙質子很快就會衰變成兩個單獨的質子。

科學家曾經利用粒子加速器做過質子碰撞的實驗，實驗結果表明，兩個撞在一起的質子，有超過99.99的概率在1納秒之內衰變成兩個單獨的質子。這就意味著，在太陽的內部，就算是兩個質子通過概率極低的「量子隧穿」成功地撞在一起，它們也只有不超過10萬分之一的概率會形成氘原子核。

本來發生「量子隧穿」的概率就已經很低了，再加上這一出，我們完全可以想像這一定會非常困難，具體有多難呢？科學家推測，在太陽核心，一個質子撞上另一個質子，然後再成功地形成一個氘原子核，通常需要數十億年的時間。

由此可見太陽的核聚變有多難，但這也難不倒太陽，因為太陽實在是太大了。這就好比我們玩擲骰子，儘管擲出「三個一」的概率很小，但只要我們擲的次數夠多，就肯定會擲出很多個「三個一」。

同樣的道理，由於太陽擁有的質子數量超級龐大，因此即使概率非常低，在太陽核心仍然會不停地發生「兩個質子聚變成氘原子核」這種事情。只不過由於概率極低，這些發生反應的物質總量相對於太陽而言微乎其微。

對於太陽來說，只要完成了「質子-質子鏈反應」的第一步，接下來的步驟就相對要簡單得多了。由此我們也可以知道，由於極低概率的限制，太陽核心總是只有極少的燃料在發生核聚變反應，而這也是「為什麼太陽能燃燒100億年，而不會瞬間燃盡？」這個問題的答案。

值得一提的是，在浩瀚的宇宙中，太陽並不是一個另類，事實上，在宇宙中所有恆星的內部，都有與太陽一樣的機制，而這也是它們能夠長時間在夜空中閃耀的原因。

---

好了，今天我們就先講到這裡，歡迎大家關注我們，我們下次再見。

（本文部分圖片來自網絡，如有侵權請與作者聯繫刪除）