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知识点I:太阳产能机制的猜测 自古以来人们都在试图解释太阳能量的来源。太阳辐射的总功率为3.845×10^26瓦，地球收到的能量仅为其中的22亿分之一。如果太阳是由煤炭组成的，那么它只需要5000年就会全部烧完；如果太阳能源来自流星体的撞击，那么每年至少需要1%地球质量的流星体掉落太阳，而且几万年中太阳质量就会明显增加；如果按照理想气体模型，太阳的寿命只有1000万年，这些都不符合实际情况。 1926年爱丁顿出版《恒星内部结构》一书，预测恒星的能源来自内部的原子核聚变反应，或称热核反应。不过当时物理学家普遍认为原子核反应所需温度高达数百亿度，这是不可能发生的。 知识点II：隧穿效应与核聚变 在炽热的恒星内部，原子核外电子脱离了原子核的束缚而自由移动，成为等离子体态。没有电子的氢原子核就是一个质子，质子受到强相互作用力的影响，所以又叫强子。质子带正电，所以质子与另一个质子之间受到电磁力排斥作用相互分开，很难发生碰撞。然而新量子理论揭示了基本粒子存在“隧穿效应”，是指粒子存在一定的概率突破量子能量势垒，就好像穿墙而过一样。由于隧穿效应的存在，质子与质子有可能突破斥力而相撞，在恒星内部隧穿效应的概率虽然依旧很小，但是由于氢原子核数量惊人，因而质子与质子碰撞发生反应的次数可能足够多。如此一来，恒星内部核聚变反应所需温度的问题，只要几千万度。1938年美国物理学家贝特和德国物理学家魏茨泽克分别提出恒星内部存在着两种氢核聚变为氦核的反应，一种叫质子-质子反应，另一种叫碳-氮-氧循环反应。
知识点III：质子-质子反应 恒星内部温度高达1000万开时，主要发生的是质子-质子反应，太阳的主要的产能机制是质子-质子反应。 ①两个氢原子核相碰，其中一个质子放出1个正电子和1个中微子而变成中子，与另一个质子结合成为氘核。 ②氘核与第三个氢原子核相撞，聚合为一个氦3核（2个质子+1个中子组成），同时放出1个光子。 ③两个氦3核相撞聚合成一个氦4核（2个质子+2个中子），释放出1个光子和2个质子（即氢原子核）。 这一反应过程总共投入6个H核，最终产出了1个4He核，归还2个H核，同时放出了2个正电子e+、2个中微子υe和3个光子e，这就是太阳带给我们的能量。每1g氢聚变产生6.21×10^11J能量，可以将大约1500吨水从0℃加热至100℃。
知识点IV：碳-氮-氧循环反应 当温度达到1400万开时，少量氦原子核也参与聚合反应，产生了碳原子核，碳-氮-氧循环（简称为碳循环反应）就开始了。 ①1个氢核与1个碳12核聚合成1个氮13核，放出1个光子； ②氮核分解为1个碳13核、1个正电子1个中微子； ③碳13核与1个氢核聚合成为一个氮14核，放出1个光子； ④氮14核与氢原子核聚合成为氧15核，放出1个光子； ⑤氧15核分解成为氮15核和1个正电子、1个中微子； ⑥氮15核再与1个氢原子核聚合生成1个碳12核和一个氦4核。 该反应投入的是氢和碳，最后的产物是碳和氦，碳就好比是催化剂，没有损失，而氮和氧都是中间环节。总体上投入的是4个氢，产出的是1个氦、2个正电子和2个中微子和3个光子。
知识点V：日核（核反应区） 太阳的中心部分称为日核，半径大约为0.2-0.25个太阳，只占整个太阳体积的1.6%。太阳大部分质量都其中在核心，是一个高温高压的状态，温度是1570万开，密度是150-160g/cm³。由于是太阳产能区，所以日核也被叫做核反应区。日核区每秒钟发生9.2×10^37次氢氦聚变反应，产生3.845×10^26J的巨大能量，超过人类当前能耗水平的100万倍！ 知识点VI：辐射区 日核外，从0.25个太阳半径到0.8个太阳半径为辐射区，温度从700万开迅速下降到70万开，与核反应区相比密度下降了7-8倍，而在整个辐射区中，密度又从约20g/cm³下降到了0.2g/cm³。核反应区产生的能量以X射线和γ射线的形式向外传递，这里的物质会吸收辐射再发出辐射，光子平均需要17万年的时间才能穿越辐射区。由于温度垂直递减率小于所谓的干绝热递减率，这也决定了此处热传递的方式主要是辐射而不是对流。 知识点VII：对流区 辐射区的外面是对流区，厚度大约是0.2-0.28个太阳半径直到接近表面，这一区域中太阳大气呈现上下对流的状态，产生非常复杂的湍流现象。太阳等离子体的密度不够大，温度也不够高，所以很难通过热辐射来传递。来自辐射区的热量加热了位于对流区底部的物质，物质膨胀上升，到了顶部呈现出一个个细胞状的泡泡，将热量带给光球层，经过扩散和冷却后，物质密度又会增加，下沉到对流区的底部，再次从辐射区顶部吸收热量，这就是对流的形式。经过辐射区后，光子能量已经下降许多，99.9%的能量降为0.2-10微米波段，包含全部可见光和少量红外线和紫外线。最终，光子来到太阳表面，厚度仅约500km，温度为5700开，密度只有0.2g/cm³的光球层。我们肉眼可见的太阳圆面就是光球层。
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