普通天文學/太陽的核聚變

核聚變是太陽的能量過程。核聚變意味著“結合在一起”形成不同的東西。在這種情況下，它是氫原子核，它們只是質子，結合在一起形成一個稍微複雜的氦原子核。太陽中的特定過程被稱為質子-質子鏈，因為它涉及一系列相互作用，其中質子構成氦原子核，留下額外的剩餘質子，可以再次啟動該過程，因此是“鏈”。

這個過程有時被稱為熱核聚變。“熱”是因為它只發生在非常高的溫度下，“核”是因為與燃燒汽油等日常能量過程不同，它直接只涉及原子的原子核。

為了使帶正電荷的質子結合在一起形成氦原子核，它們必須克服彼此的自然電斥力。這種排斥力被稱為庫侖勢壘。唯一可能發生這種情況的方式是質子緊密地堆積在一起，並且以非常快的速度移動。基本上，這意味著它們必須處於高度壓縮且極熱的氣體中。事實上，在如此高的壓力和溫度下，對於電子來說，它們太熱和能量太高，無法保持連線到質子以形成正常的原子。相反，存在著自由電子和質子的混合物，形成一種粒子湯。這種粒子（而不是分子）氣體被稱為等離子體，是太陽核心的情況。在這裡，質子移動如此之快，以至於——在量子物理性質的幫助下——它們有時會以足夠的力量相互撞擊，以至於克服庫侖勢壘並接觸。此時，核力開始發揮作用，將質子“粘合”在一起，儘管存在電斥力。透過一系列此類事件，伴隨著產生諸如中微子和正電子等奇異粒子的現象，產生了具有兩個質子和兩個中子的氦原子核。兩個額外的質子被留下，可以繼續該鏈。

物理學家測量了在太陽核心產生的氦原子核的質量。事實證明，它略小於產生它的 4 個質子的質量的 4 倍。這種“質量虧損”部分是由於該過程中產生的正電子和中微子。但即使考慮到這一點，仍然有一點質量缺失。該質量透過愛因斯坦著名的方程式 E=MC^2（“能量等於質量乘以光速的平方”）轉化為能量。這就是太陽產生能量的方式。

在太陽核心，大約每秒有 6 億噸氫（質子）轉化為大約 5.96 億噸氦。大約 4 到 500 萬噸的質量虧損直接轉化為能量，如上段所述。

太陽的所有能量都是以這種方式在太陽核心產生的。能量是振動（熱）以及高能伽馬射線形式的。來自伽馬射線的能量逐漸從太陽核心向外傳播，多次轉變為更長波長的輻射。到它到達表面時，它主要由可見光光子組成。

[我們應該指出，由於它只涉及原子核，因此核聚變從根本上不同於地球上通常遇到的任何過程。普通的化學反應不涉及原子核，而是涉及原子外殼中的電子。儘管在“普通”情況下能量的產生不涉及原子核（因此不會改變物質的元素性質），但它們仍然透過愛因斯坦的方程式執行，並且在任何能量產生時仍然存在微小的質量損失。但是，它遠小於核反應，而且通常甚至無法測量。]