太阳究竟用了什么燃料？为什么烧了几十亿年还没烧完？
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过去的研究表明 ， 太阳诞生于大约46亿年前 ， 这就令人感到好奇 ， 太阳究竟用了什么燃料？为什么烧了几十亿年还没烧完呢？
太阳用的燃料其实就是氢元素 ， 这是宇宙中丰度最高 ， 也最简单的元素 ， 不过太阳对氢元素的“使用方法”并不是将氢元素直接点燃 ， 而是在其高温高压的核心 ， 通过一系列的核聚变反应 ， 由于氢原子核其实就是质子 ， 因此这也被称为“质子-质子链反应” 。
“质子-质子链反应”可以简单地分为三个步骤 ， 第一步：两个质子结合 ， 然后其中的一个质子发生β衰变转变成中子 ， 并与另一个质子结合成氘原子核；第二步：氘原子核和质子结合 ， 形成氦-3原子核；第三步：两个氦-3原子核结合后释放出两个质子 ， 形成氦-4原子核 。
这一系列的核聚变反应可以释放出蕴含在氢原子核中的能量 ， 而太阳的光和热其实就是来自于此 。
由此可见 ， 尽管太阳看上去很像是一个熊熊燃烧的火球 ， 但太阳其实并没有燃烧 ， 因为太阳的能量来自核聚变反应 ， 而我们常见的燃烧现象 ， 却是一种放热发光的化学反应 ， 这两者存在着本质上的区别 。 不过为了方便描述 ， 我们还是可以将太阳形容为“燃烧” ， 大家知道区别就行了 。
太阳之所以能够烧了几十亿年还没烧完 ， 主要有两个原因 ， 一个是太阳的燃料足够多 ， 另一个则是太阳的燃料消耗速度极为缓慢 。
“燃料足够多”这个原因不必过多解释 ， 毕竟太阳的质量是地球的33万倍 ， 体积更是高达地球的130万倍 ， 据此大家也可以想象出太阳有多庞大 ， 那为什么太阳的燃料消耗速度会极为缓慢呢？
这主要是因为“质子-质子链反应”的第一步的实现难度相当高 ， 前面我们已经讲了 ， 这一步就是两个质子形成氘原子核 ， 要知道质子都是带正电的 ， 所以在质子之间会存在着很大的库伦斥力 。
用专业一点的话来讲就是 ， 质子之间存在着一个由库伦斥力造成的“能量势垒” ， 只有突破了它 ， 两个质子才可以发生碰撞 。
如何突破质子之间的“能量势垒”呢？答案就是速度 ， 只要质子的速度足够快 ， 它们就可以撞在一起 ， 而我们都知道 ， 温度其实就是微观粒子热运动的激烈程度 ， 因此可以说 ， 在足够高的温度下 ， 质子就可以突破“能量势垒” ， 具体要多高的温度呢？至少需要上亿摄氏度 。
然而太阳核心的温度却只有1500万摄氏度 ， 这明显就不够啊 ， 也就是说 ， 以太阳核心的温度 ， 根本就不可能发生“质子-质子链反应” ， 但我们明明看到了太阳确实在发光发热 ， 这是为什么呢？
实际上 ， 这个问题曾经困扰了科学界很久 ， 直到人们发现了“量子隧穿效应” 。 简单来讲 ， “量子隧穿效应”可以允许微观粒子在能量不足的情况下 ， 穿过在经典力学中不可能穿过的“能量势垒” ， 这也被人们戏称为“量子世界中的穿墙术” 。
需要注意的是 ， “量子隧穿效应”的发生是有概率的 ， 能量差距越大 ， 发生的概率就越低 ， 由于太阳核心的温度远远低于理论值 ， 因此在太阳核心 ， 两个质子通过“量子隧穿效应”撞在一起的概率可以说是低得可怜 。
然而即使两个质子发生了碰撞 ， 也很难形成氘原子核 ， 因为两个撞在一起的质子通常都会迅速分开 ， 只有在极少数的情况下 ， 才会出现“一个质子发生β衰变转变成中子 ， 并与另一个质子结合成氘原子核”这样的情况 。
本来“量子隧穿效应”发生的概率就非常低了 ， 再加上这一出 ， 就使得“质子-质子链反应”的第一步的实现更加困难 ， 以至于在太阳的核心 ， 一个特定的质子通常都需要长达几十亿年的时间 ， 才能与另一个质子撞在一起并形成氘原子核 。
尽管这个概率是如此之低 ， 但架不住太阳的燃料多啊 ， 正所谓“东边不亮西边亮” ， 在太阳核心巨量的质子中 ， 总会有极少数的质子会“非常幸运”地形成氘原子核 ， 进而发生“质子-质子链反应” ， 也正是因为如此 ， 太阳的燃料消耗速度就变得极为缓慢 ， 烧了几十亿年还没烧完 ， 而根据科学家的估算 ， 太阳的燃料大概还可以烧50亿年的时间 。
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