普通天文学/太阳的核聚变

核聚变是太阳的能量过程。核聚变意味着“结合在一起”形成不同的东西。在这种情况下，它是氢原子核，它们只是质子，结合在一起形成一个稍微复杂的氦原子核。太阳中的特定过程被称为质子-质子链，因为它涉及一系列相互作用，其中质子构成氦原子核，留下额外的剩余质子，可以再次启动该过程，因此是“链”。

这个过程有时被称为热核聚变。“热”是因为它只发生在非常高的温度下，“核”是因为与燃烧汽油等日常能量过程不同，它直接只涉及原子的原子核。

为了使带正电荷的质子结合在一起形成氦原子核，它们必须克服彼此的自然电斥力。这种排斥力被称为库仑势垒。唯一可能发生这种情况的方式是质子紧密地堆积在一起，并且以非常快的速度移动。基本上，这意味着它们必须处于高度压缩且极热的气体中。事实上，在如此高的压力和温度下，对于电子来说，它们太热和能量太高，无法保持连接到质子以形成正常的原子。相反，存在着自由电子和质子的混合物，形成一种粒子汤。这种粒子（而不是分子）气体被称为等离子体，是太阳核心的情况。在这里，质子移动如此之快，以至于——在量子物理性质的帮助下——它们有时会以足够的力量相互撞击，以至于克服库仑势垒并接触。此时，核力开始发挥作用，将质子“粘合”在一起，尽管存在电斥力。通过一系列此类事件，伴随着产生诸如中微子和正电子等奇异粒子的现象，产生了具有两个质子和两个中子的氦原子核。两个额外的质子被留下，可以继续该链。

物理学家测量了在太阳核心产生的氦原子核的质量。事实证明，它略小于产生它的 4 个质子的质量的 4 倍。这种“质量亏损”部分是由于该过程中产生的正电子和中微子。但即使考虑到这一点，仍然有一点质量缺失。该质量通过爱因斯坦著名的方程式 E=MC^2（“能量等于质量乘以光速的平方”）转化为能量。这就是太阳产生能量的方式。

在太阳核心，大约每秒有 6 亿吨氢（质子）转化为大约 5.96 亿吨氦。大约 4 到 500 万吨的质量亏损直接转化为能量，如上段所述。

太阳的所有能量都是以这种方式在太阳核心产生的。能量是振动（热）以及高能伽马射线形式的。来自伽马射线的能量逐渐从太阳核心向外传播，多次转变为更长波长的辐射。到它到达表面时，它主要由可见光光子组成。

[我们应该指出，由于它只涉及原子核，因此核聚变从根本上不同于地球上通常遇到的任何过程。普通的化学反应不涉及原子核，而是涉及原子外壳中的电子。尽管在“普通”情况下能量的产生不涉及原子核（因此不会改变物质的元素性质），但它们仍然通过爱因斯坦的方程式运行，并且在任何能量产生时仍然存在微小的质量损失。但是，它远小于核反应，而且通常甚至无法测量。]