在可观测宇宙中，大约有1000亿到2000亿个星系，而在每个星系中，恒星的数量从数千万颗到数千亿颗不等，比如银河系就有至少1000亿颗恒星。虽然在银河系，比太阳质量大的恒星数不胜数，但相对于我们地球来说，太阳是一颗无比巨大的天体，它的质量占据了整个太阳系质量的99.86%。太阳不仅体积和质量巨大，它还是太阳系中唯一会“燃烧”的天体。我们知道，太阳表面的主要成分是氢和氦，但我们日常生活中所熟悉的燃烧，比如木材、煤炭的燃烧，是一种剧烈的氧化反应，需要氧气作为氧化剂参与其中，燃料与氧气发生化学反应，释放出光和热。但是太阳为什么能“无氧燃烧”长达46亿年呢？
要解释太阳为什么能无氧“燃烧”，我们还得从太阳的诞生说起。
太阳的诞生要追溯到46亿年前宇宙中的一片巨大分子云。这片分子云主要由氢气、氦气以及少量其他元素的气体和尘埃微粒构成，绵延数光年之广，在黑暗寂静的宇宙空间中缓慢飘荡。然而，某种扰动打破了这片分子云的平静。或许是附近一颗超新星爆发产生的强烈冲击波，犹如宇宙中的一声巨响，将能量传递给分子云，使其内部的物质分布发生了变化。原本相对均匀的气体和尘埃开始在引力作用下逐渐聚集。随着聚集过程的持续，物质越聚越多，核心处的密度和质量不断增大。根据万有引力定律，质量越大，引力就越强。如此一来，越来越多的物质被吸引向中心，形成了一个不断收缩的球体。在这个过程中，引力势能逐渐转化为热能，使得球体内部的温度持续攀升。当温度升高到一定程度，氢原子核具备了足够的动能克服它们之间的电荷排斥力，发生核聚变反应。
核聚变的启动，就像是为这个新生的天体注入了源源不断的活力。在太阳核心，四个氢原子核通过一系列复杂的过程聚变成一个氦原子核，依据爱因斯坦著名的质能公式 E = mc²，这个过程中质量亏损转化为巨大的能量释放。此时，一颗恒星——太阳，正式宣告诞生，开始了它漫长而辉煌的主序星阶段，稳定地向宇宙空间辐射光和热，而这一阶段预计将持续约 100 亿年。
所以，太阳内部的“燃烧”与我们通常所说的“燃烧”截然不同，它是一种基于核聚变原理的能量释放过程，这种核聚变反应不需要氧气参与，只要维持高温高压环境，燃料（氢）充足，反应就能持续进行。太阳凭借自身巨大的质量产生的引力，天然地造就了核聚变所需的高压环境，而其内部不断进行的热传递以及能量释放过程又保障了高温条件，使得太阳在无氧的宇宙空间中，如同一个超级能量引擎，源源不断地“燃烧”了几十亿年。
我们现在知道太阳的表面温度是5500摄氏度左右，但是地球距离太阳大约1.5亿公里，如此遥远的距离，人类是如何测量太阳表面温度的呢？
维恩位移定律方法
19 世纪末，科学家们发现每种元素在受热激发时都会发射出特定的光谱线，这些光谱线就如同元素的“指纹”，具有独一无二的特征。通过对太阳光谱的细致分析，科学家们识别出其中众多的元素谱线。
利用维恩位移定律「λ（max）T=b」，该定律指出物体辐射的峰值波长（λ max）与温度成反比，通过测量太阳光谱中辐射强度最大的波长，就可以利用维恩位移定律计算出太阳的温度。太阳光谱的峰值波长处于可见光范围内，大约为500纳米。将太阳的最大波长代入公式，就可大致推算出太阳表面的有效温度约为5800K（开尔文）。这种方法为初步了解太阳表面温度提供了关键依据，开启了用光谱研究天体温度的大门。
斯特藩-玻尔兹曼定律方法
随着物理学发展，辐射测量技术逐渐成熟。通过斯特藩-玻尔兹曼定律可以得知，任何物体都会向外辐射能量，且辐射能量的大小与物体温度的四次方成正比。
科学家通过测量太阳在单位时间内辐射到地球的总能量，即太阳常数，结合太阳与地球的距离以及太阳的半径等参数，利用该定律就可以计算出太阳表面的温度。这种方法进一步验证并精确了之前光谱分析法得到的太阳表面温度结果。
太阳为地球带来了光明和能量，太阳对地球演化和人类文明发展起着至关重要的作用，但是太阳对地球也产生一些不利影响。主要体现在，一些太阳爆发活动产生大量带电高能粒子，对地球电磁环境产生严重破坏，其中尤其是太阳耀斑、日冕活动对地球电磁环境影响最为显著。探测和研究太阳活动，提出应对措施，可以降低和规避太阳爆发对于我们地球的不利影响。目前人类也在通过各种方式对其进行观测和研究，比如2021年发射的“羲和号”探测卫星就实现了我国空间太阳探测的破冰之旅。羲和号在国际上首次实现了对太阳Hα波段的光谱扫描成像，记录了太阳活动在光球层和色球层的响应过程；另外，2022年发射的“夸父一号”就实现了我国综合性太阳卫星探测零的突破，在同一颗卫星上实现太阳高能成像和大气不同层次变化的同时观测。
科学家推测，太阳的寿命（主序星阶段）约为100亿年，而太阳自诞生以来已经持续了46亿年，可以说现在的太阳正值壮年。这颗主宰太阳系的恒星，从它壮丽的诞生，到神奇的“无氧燃烧”供能机制，再到人类对它的探测和研究，每一方面都凝聚着宇宙的深邃智慧与人类探索的不懈精神。
作者：星众成光
审核：中国科学院国家空间科学中心研究员 李明涛
出品：中国科协科普部
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