Question

为什么太阳能够燃烧百亿年？

Answer 1

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。

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。

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。

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。

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。

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因为太阳有自己的“油门”，所以不会一口气烧完油。

我们知道太阳核聚变的能量来自于太阳自身巨大的引力，太阳的质量大约为地球的330000倍，达到2 10³⁰千克，从组成成分来看，超过百分之75的成分是氢元素。每秒大约有600000000000kg左右的氢聚变成596000000000千克的氦，这个过程亏损的质量达到400万吨，根据爱因斯坦质能方程E=MC²可以计算出一秒钟太阳释放大约360000000000000000000000焦耳的能量。

太阳的核反应区在其核心位置，如此看来，非核心位置也就相当于太阳的“油箱”，太阳的核心区域大概是从中心向外扩展174000km的范围。 在这个区域内，压力达到惊人的30397500000000000帕斯卡，温度可以达到1500万摄氏度，这为热核反应提供了很好的条件。太阳的“油门”就安装在这里。

首先来说，只有太阳核心区才满足核聚变的条件，所以这也就限制了太阳的“排量”。 其次核聚变的本质是两个粒子的碰撞，作为气态星体的太阳，温度越高内部氢粒子无规则运动程度越剧烈，但并不代表所有的氢粒子都是高速运动状态（可以参考麦克斯韦-玻尔兹曼分布），动能非常大的氢粒子与动能非常小的氢粒子占比都很少，由于是无规则运动，所以这些粒子的碰撞方向也就是随机的了。 随着往太阳核心区的深入，由于引力的作用，粒子间距离不断减小，但是必须克服粒子间的斥力才可以结合在一起，这就需要引力和动能共同作用，温度越高粒子动能越大，但是温度的增加对粒子间的距离也会产生影响，所以它们会形成一个负反馈系统， 温度增加，粒子动能增加，核聚变速率增大，释放热量增加，温度升高，粒子间隙变大，碰撞几率下降。这就像是太阳的“油门”系统，让太阳这个老司机调节车速。

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燃烧是形象说法，实质上是连续的核聚变反应，故能持续反应百年。

太阳是宇宙大爆炸的产物，它的体积太大，至今还是一颗火球，而我们的地球早就冷却了。太阳系里面的其它行星也没有太阳那么光艳无际。也在不同的时期披上了自己的外套。

太阳是太阳系里面的能源发源地，也是能源加工厂。

宇宙大爆炸之后，太阳系里面的宇宙尘埃非常的多，这些尘埃被太阳系里面各大行星吸引，落到它们星球上造成巨大的陨石坑。除了太阳就是木星土星了，因为它们个头大，吸引力强，吸引的陨石就多。

太阳是太阳系里面最大的个体，吸引力最大，吸引来的陨石最多，每一天都有许多的陨石撞击太阳，熔化在太阳里面，由物质变成能量，就像一个通红的炉膛往里面加煤一样，不断的补充物质，使这些物质传化为能量，就像一团火不断的加柴，这团火就很难熄灭，至今太阳还在熊熊燃烧。

太阳是恒星，期寿命长短取决于质量大小，太阳的质正好在百亿年区间里。

燃烧需要氧气吧？难道太阳有氧气？

自控式核聚变，自然设计寿命就如此……