问题描述：
太阳辐射的能量来源
问题解答：
我来补答
太阳是一颗典型的恒星,它每秒向宇宙空间发出.自古以来,太阳为何会发光发热,一直是人们关注的问题.曾有人认为,太阳是依靠燃烧煤来发光发热的,但经过计算,如果太阳是一个大煤球,按照太阳的总辐射能量3.75x10^26J,只够太阳发光发热1500年.后又有人提出,太阳是依靠物质向内部“掉落”,即重力势能转变为动能,再转变为热能来发光发热的,但这样一来,太阳就必须因为不断的收缩而越来越小,但没有观察到这一现象.且即使这样,也只能维持太阳以观测到的能量辐射一千多万年.上世纪20年代末,随着元素放射性的发现,英国物理学家亚瑟·爱丁顿提出,太阳的能量只能来源于氢的核聚变反应,并在30年代出版的《恒星的结构》一书中详细论述.但经过计算,要使氢发生核聚变反应,太阳中心的温度必须达到上亿度才行,而太阳中心的温度只有约1500万度,不足以引发氢的核聚变反应.上世纪40年代,来自前苏联的美国物理学家乔治·伽莫夫应用德国物理学家维尔纳·海森堡的量子物理不确定性原理（也称测不准原理）,解释了原子核的放射性.下图是其“火山口模型”简图.
在原子核尺度上（这一尺度大约是10^-13厘米）,所有粒子都要受到强相互作用力这一短程力的作用,无法离开原子核,就像是落入了火山口的内部.而在原子核尺度以外,强相互作用力迅速减小,粒子主要受电磁力这一长程力的作用.一个粒子,若要从“火山口”中离开,就必须具有足够的能量克服把核内粒子束缚在一起的强相互作用力.而在稳定的原子核内部,没有哪个粒子能够具有这一能量,但依据测不准原理,在不稳定原子核中,粒子可以从周围的其它粒子那里暂时“借”到一定的能量,达到“爬上火山顶部”所需的能量,从而离开原子核.就好像是在火山内部打了一条隧道一样,粒子可以通过这条隧道直接离开,而不用“费力去翻山”.这一量子效应被称为“隧道效应”或量子隧穿效应.美国物理学家富勒认为,隧道效应也可以反过来用,即既然原子核内的粒子可以借助于“隧道”而脱离原子核,那么原子核外面的粒子,也可以借助于“隧道”而进入原子核.于是,他把隧道效应应用于太阳能量的产生,终于计算出,在太阳内部,氢的核聚变反应能够在1500万度的温度下发生.现在我们知道,包括太阳在内的所有恒星,都是借助于“隧道效应”,时刻发生着各种核聚变反应,并借此发光发热的. 根据爱因斯坦的质能公式E＝mc^2计算,每“燃烧”1千克氢,就能放出6.4×10^14焦耳的能量,相当于燃烧19000吨煤所产生的能量.按照太阳目前的总辐射量计算,每秒钟有6亿多吨的氢被转化成氦.这听起来很多,但其实只是太阳质量的很小一部分.太阳质量若取整数,大约是2×10^33克,或2×10^27吨.太阳每秒把6×10^8吨的氢转变成氦,每年“烧”掉不到2×10^16吨的燃料.按照这样的消耗速度,100亿年也只用掉2×10^26吨的氢,只有太阳总质量的10%.太阳在50亿年的漫长时间中,只消耗了不到5%的质量.太阳上,氢元素占元素总量的70%,氦占28%,其它元素只占2%.对于一颗恒星来说,虽然氢所占的量下降20%,该恒星就会显露出“老态”,而按照目前太阳因核聚变反应速率计算,太阳足可以稳定地“燃烧”上3.32×1017秒,约10^10年,即100亿年,因此说太阳现在刚到“中年”.它还可以稳定“燃烧”50亿年以上.那么,氢的核聚变反应过程究竟是怎样的呢?在恒星内部,发生着两类氢核聚变反应.一类是“碳氮氧循环（或称CNO循环）”,其过程如下：
解释一下.首先是C12（碳元素最稳定的同位素）接受一个质子（氢原子核）,变成N13.N13不稳定,放出一个正电子和一个电子型中微子,衰变为C13.C13接受一个质子,放出一个γ光子,变成N14.N14再接受一个质子,放出一个γ光子,变成O15.O15不稳定,放出一个正电子和一个电子型中微子,衰变为N15.当N15再接受第四个质子时,生成的新元素不是O16,而是分裂为两个部分,一部分是有两个质子、两个中子的氦核,另一部分是原先的C12原子核,开始另一次循环.在这一类反应中,并不要求所有参与元素同时存在.只要有其中一种元素存在,新的、其他的元素就可以通过核反应产生出来,并完成整个循环.总的效果是：通过一个循环,四个质子组合成了一个氦原子核,产生了三个γ光子、两个正电子和两个电子型中微子.两个正电子与电子发生湮灭,再产生新的γ光子.能量由此产生.另一类氢核聚变反应是“质子－质子链式反应（或称为P－P反应）”.其过程如下：
解释一下.以下各步反应为：1H + 1H → 2H + e+ + νe2H + 1H → 3He + γ3He +3He → 4He + 1H + 1H其他还有几个分支反应,涉及到锂、铍、硼等,就不再细说了.按照美国物理学家贝特的计算,以上两类核反应都可以在恒星内部所具备的温度和压强条件下发生.但在太阳上,主要是发生第二类核反应,即P－P链式反应.它所需要的反应温度是1500万度.而CNO循环则需要更高的温度,大约是2000万度.目前,科学家们已经把恒星中从氢开始,聚变到铁的所有元素的产生机理都了解清楚了.而元素周期表上,铁以后的元素就不是依靠正常恒星的元素的核聚变反应生成的,而是在大质量恒星演化后期的超新星爆发中生成的.这是另一个故事了.
在原子核尺度上（这一尺度大约是10^-13厘米）,所有粒子都要受到强相互作用力这一短程力的作用,无法离开原子核,就像是落入了火山口的内部.而在原子核尺度以外,强相互作用力迅速减小,粒子主要受电磁力这一长程力的作用.一个粒子,若要从“火山口”中离开,就必须具有足够的能量克服把核内粒子束缚在一起的强相互作用力.而在稳定的原子核内部,没有哪个粒子能够具有这一能量,但依据测不准原理,在不稳定原子核中,粒子可以从周围的其它粒子那里暂时“借”到一定的能量,达到“爬上火山顶部”所需的能量,从而离开原子核.就好像是在火山内部打了一条隧道一样,粒子可以通过这条隧道直接离开,而不用“费力去翻山”.这一量子效应被称为“隧道效应”或量子隧穿效应.美国物理学家富勒认为,隧道效应也可以反过来用,即既然原子核内的粒子可以借助于“隧道”而脱离原子核,那么原子核外面的粒子,也可以借助于“隧道”而进入原子核.于是,他把隧道效应应用于太阳能量的产生,终于计算出,在太阳内部,氢的核聚变反应能够在1500万度的温度下发生.现在我们知道,包括太阳在内的所有恒星,都是借助于“隧道效应”,时刻发生着各种核聚变反应,并借此发光发热的. 根据爱因斯坦的质能公式E＝mc^2计算,每“燃烧”1千克氢,就能放出6.4×10^14焦耳的能量,相当于燃烧19000吨煤所产生的能量.按照太阳目前的总辐射量计算,每秒钟有6亿多吨的氢被转化成氦.这听起来很多,但其实只是太阳质量的很小一部分.太阳质量若取整数,大约是2×10^33克,或2×10^27吨.太阳每秒把6×10^8吨的氢转变成氦,每年“烧”掉不到2×10^16吨的燃料.按照这样的消耗速度,100亿年也只用掉2×10^26吨的氢,只有太阳总质量的10%.太阳在50亿年的漫长时间中,只消耗了不到5%的质量.太阳上,氢元素占元素总量的70%,氦占28%,其它元素只占2%.对于一颗恒星来说,虽然氢所占的量下降20%,该恒星就会显露出“老态”,而按照目前太阳因核聚变反应速率计算,太阳足可以稳定地“燃烧”上3.32×1017秒,约10^10年,即100亿年,因此说太阳现在刚到“中年”.它还可以稳定“燃烧”50亿年以上.那么,氢的核聚变反应过程究竟是怎样的呢?在恒星内部,发生着两类氢核聚变反应.一类是“碳氮氧循环（或称CNO循环）”,其过程如下：解释一下.首先是C12（碳元素最稳定的同位素）接受一个质子（氢原子核）,变成N13.N13不稳定,放出一个正电子和一个电子型中微子,衰变为C13.C13接受一个质子,放出一个γ光子,变成N14.N14再接受一个质子,放出一个γ光子,变成O15.O15不稳定,放出一个正电子和一个电子型中微子,衰变为N15.当N15再接受第四个质子时,生成的新元素不是O16,而是分裂为两个部分,一部分是有两个质子、两个中子的氦核,另一部分是原先的C12原子核,开始另一次循环.在这一类反应中,并不要求所有参与元素同时存在.只要有其中一种元素存在,新的、其他的元素就可以通过核反应产生出来,并完成整个循环.总的效果是：通过一个循环,四个质子组合成了一个氦原子核,产生了三个γ光子、两个正电子和两个电子型中微子.两个正电子与电子发生湮灭,再产生新的γ光子.能量由此产生.另一类氢核聚变反应是“质子－质子链式反应（或称为P－P反应）”.其过程如下： 解释一下.以下各步反应为：1H + 1H → 2H + e+ + νe2H + 1H → 3He + γ3He +3He → 4He + 1H + 1H其他还有几个分支反应,涉及到锂、铍、硼等,就不再细说了.按照美国物理学家贝特的计算,以上两类核反应都可以在恒星内部所具备的温度和压强条件下发生.但在太阳上,主要是发生第二类核反应,即P－P链式反应.它所需要的反应温度是1500万度.而CNO循环则需要更高的温度,大约是2000万度.目前,科学家们已经把恒星中从氢开始,聚变到铁的所有元素的产生机理都了解清楚了.而元素周期表上,铁以后的元素就不是依靠正常恒星的元素的核聚变反应生成的,而是在大质量恒星演化后期的超新星爆发中生成的.这是另一个故事了. 展开全文阅读