太阳的巨大能量如何产生的（太阳是如何生产能量的呢）

地球作为太阳系中唯一一个生命体蓬勃发展的地方是有原因的，不过，科学家们认为木卫二和土卫二的冰层之下有可能存在微生物，或者以水生生物形式存在的生命体，同样的事也可能发生在土卫六的甲烷湖下。但就我们目前的了解看来，只有地球能够提供适合有机体生长的条件。

其中一个原因是地球位于太阳的适宜居住带，也就是“居住区”。地球与太阳的距离适中，既不是太近，也不是太远，这就使得地球能够有效接收太阳散发的巨大能量，为化学反应提供了至关重要的光和热。那太阳究竟是如何生产出这些能量的呢？生产能量的步骤有哪些？这些能量是如何到达地球的呢？

原因很简单。与其它恒星一样，太阳的本质便是个巨大的核聚变工厂，因此能够创造能量。科学家们认为这是由于大量气体和颗粒形成的云状物（星云）在自身重力的拉扯下瓦解聚合，我们称之为星云说，理论不仅指出这一过程创造出太阳系中心的大型发光球体，并且触发了中心处氢元素的核聚变反应，从而生产太阳能。

在核聚变的过程中，巨大的能量会以光和热的形式释放出来，但是，这些能量要想从太阳的中心到达地球、甚至更远的地方则要经过几个必要的步骤，其中关键在于太阳的构造，每一层都有各自的责任，确保太阳能最终抵达目的地，以便创造、供养生命。

太阳核心是指从太阳中心延伸至其半径大约20%～25%的区域。氢原子（H）正是在这块区域转化为氦（He），这一反应可能归功于太阳核心区域的极端压力和温度，根据粗略计算，其压力和温度相当于2500亿个大气压（25.33万亿帕斯卡）和1570万开氏度。

核聚变使得氢分子的4个质子变成1个阿尔法粒子，也就是2个质子和2个中子，与氦原子核的构成一致。过程中随之释放出2个正电子、2个中微子（会将2个质子变成中子）以及能量。

太阳核心是这个太阳唯一一个通过核聚变生产出大量热能的区域。事实上，99%的太阳能源自太阳半径24%以内的区域，到太阳半径30%的区域时，核聚变反应已经完全停止。太阳余下区域的热量由核心的能量层层传输而来。能量最终到达光球，以日光或者粒子动能的形式进入太空。

太阳释放的能量巨大，核聚变转换率释放的能量达到了每秒4260万公吨，等同于每秒3.846×10^26 瓦特。再直观一些，这相当于每秒9.192×10^10 兆吨黄色炸药，或者1,820,000,000 沙皇炸弹（有史以来破坏力最强的氢弹）的威力。

图解：太阳内部结构。图源：Wikipedia Commons/kelvinsong

太阳核心之外便是辐射区，其范围大概到太阳半径的0.7。辐射区中不存在热对流，但是其内部物质结构密集、温度极高，只需要热辐射便可将密集的热能从太阳核心向外输送。主要就是氢离子和氦离子释放光子，光子向外输送一段距离后再被其它离子吸收的过程。

辐射区温度下降，靠近太阳核心的温度大约是700万开氏度，靠近对流层的温度降至200万摄氏度。辐射区密度同样如此，辐射区靠近太阳核心处（太阳半径0.25处）的密度是20g/cm³，其外层边界的密度则是0.2g/cm^³。

图解：太阳内部辐射带与对流带的对比图

对流层属于太阳外层，太阳内层半径的70%以外都算做对流层区域，也可计算为太阳表面往内200,000km之间的范围。对流层的温度比辐射区的温度更低，而且重原子还没有完全离子化。这使得辐射热能传输效率降低，等离子体密度变小，形成对流。

因此，温度升高的流体元携带绝大多数热能向外输送至光球。这些流体元抵达光球表面之下时温度变低，密度增大，迫使它们返回对流层底部吸收热量，重复对流过程，形成对流循环。

图解太阳和红巨星结构，展示其对流层。图源: ESO

太阳表面的温度下降至5,700开氏度。太阳对流层中的湍流也导致了太阳的磁北极和磁南极遍布太阳表面。

对流层上也会出现太阳黑子，可见光下呈现比周围区域黑暗的斑点。这是因为聚集的磁场抑制了对流，导致其表面区域温度降低。

光球是太阳可见表面的最后一层，日光和热量通过辐射和对流的方式到达光球层表面，再发散到太空当中。光球层的温度范围是4,500～6,000开氏度，也就是4,230～5,730摄氏度，或者7,646～10,346华氏度。由于光球外层的温度要低于内层，太阳中心比起太阳圆面边缘要更加明亮，我们称这一现象为“临边昏暗”。

光球的厚度在几百公里左右，这一区域便是太阳的可见光来源，这是因为带负电荷的氢离子数量骤减，原本会被负离子吸收的可见光便得以显现。反过来，可见光又是由电子与氢原子作用释放出负氢离子而产生的。

光球发散出能量，能量随即进入太空，最后到达地球大气层以及太阳系的其它行星。地球大气最外层，也就是臭氧层，会过滤掉太阳绝大部分的紫外线（UV）辐射，余下一些则抵达地球表面。进入地球的能量则由地球空气和地壳吸收，使地球温度上升，为有机物提供能量。

图解：太阳光球将日光及热量送入太空。图源: NASA/SDO/AIA)

太阳是地球生命进程以及化学反应的关键核心。如果失去太阳，地球上植物和动物的生命循环也就走到了尽头，所有生命的周期节律也随之瓦解，随后便是地球上所有生命的死亡。自史前时代以来，太阳的重要性便不言而喻，许多文化都将太阳视作为神，而且多半认为其是万神之首。

不过，人类真正开始了解太阳能量的生产过程仅仅只有几个世世纪。这要感谢物理学家、天文学家以及生物学家们的不断研究，我们才能知道太阳是如何制造能量的，能量又如何传递遍布太阳系。在我们已知的宇宙中，星系多样，系外行星不尽，对此的研究也向我们展示出不同种类恒星的差异。

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. universetoday-粉红派阿翻

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