太阳靠什么燃料存在？为何燃烧数十亿年后仍未耗尽？

以前的研究表明，太阳诞生于大约46亿年前，这就提出了一个问题：太阳使用的是什么燃料？为什么它燃烧了几十亿年而尚未熄灭？太阳使用的燃料确实是氢，这是宇宙中最丰富和最简单的元素，但太阳使用氢的方法不是直接点燃它，而是通过在其高温高压的核心中进行一系列核聚变反应。质子-质子链式反应。质子-质子链式反应可以简单地分为三个阶段：第一阶段：两个质子结合，其中一个发生β衰变成为中子，并与另一个质子结合，形成氘核；第二阶段：氘核和质子结合，形成氦-3核；第三阶段：两个氦-3核结合，在第三阶段，两个质子被释放，形成氦-4核。

这一系列的核聚变反应释放出氢原子核中所包含的能量，太阳从这些能量中获得光和热。因此，尽管太阳看起来像一个燃烧的火球，但它实际上并没有燃烧，因为太阳的能量来自核聚变反应，而常见的燃烧现象是一种放热的化学反应，会发出光，两者之间存在着根本的区别。然而，为了便于描述，我们可以把太阳描述为燃烧，这样你就可以分辨出两者的区别。有两个主要原因使太阳燃烧了数十亿年并继续燃烧：一个是它有足够的燃料，另一个是它消耗燃料的速度非常慢。

没有必要对足够的燃料作过多的解释--毕竟，太阳的质量是地球的33万倍，体积是地球的130万倍，所以我们可以想象太阳有多大--但为什么它燃烧得这么慢呢？这是因为质子-质子链式反应的第一步非常难以实现。正如我们已经提到的，这一步涉及到从两个质子形成一个氘核，而这两个质子是带正电的，所以质子之间有一个很大的库仑斥力。用专业术语来说，质子之间有一个由库仑斥力引起的能量屏障，只有在两个质子碰撞时才能打破这个屏障。质子之间的能量屏障如何才能被打破？答案是速度：如果质子的速度足够快，它们就能碰撞，而我们都知道，温度实际上是微观粒子热运动的强度，因此可以说，在足够高的温度下，质子可以打破能量屏障。

至少是数亿摄氏度。但太阳核心的温度只有1500万摄氏度，这显然是不够的，也就是说，太阳核心的温度使质子-质子连锁反应不可能发生。事实上，这是一个困扰科学界很长时间的问题，直到发现量子隧道效应。简单地说，量子隧道效应允许能量不足的微观粒子通过经典力学中不可能跨越的能量障碍，这种现象被戏称为在量子世界中打通墙壁这种现象被戏称为在量子世界中打通墙壁。值得注意的是，量子隧道效应的发生是有概率的，能量差越大，发生的可能性就越小。

两个质子通过量子隧道效应在太阳核心碰撞的概率非常低。然而，即使两个质子相撞，它们形成氘核的可能性也非常小，因为两个相撞的质子会迅速分离，只有在极少数情况下，一个质子会发生β衰变，成为中子，与另一个质子结合，形成氘核。量子隧道效应的概率已经非常低，这使得质子-质子链式反应的第一步更加难以实现，因此在太阳的核心，一个特定的质子通常需要数十亿年才能与另一个质子结合。与另一个质子碰撞形成氘核。尽管概率很低，但太阳有大量的燃料，正所谓东方不亮西方亮，在太阳核心的大量质子中，有极少数质子会非常幸运地形成氘核，从而形成质子-质子链。

由于这个原因，太阳的燃料消耗速度非常慢，几十亿年来都没有燃烧殆尽，而科学家估计，太阳的燃料还将燃烧50亿年。好了，我们今天的内容就到这里了。欢迎大家关注我们，下回见。