知識點I:太陽產能機制的猜測
自古以來人們都在試圖解釋太陽能量的來源。太陽輻射的總功率為3.845×10^26瓦，地球收到的能量僅為其中的22億分之一。如果太陽是由煤炭組成的，那么它只需要5000年就會全部燒完；如果太陽能源來自流星體的撞擊，那么每年至少需要1%地球質量的流星體掉落太陽，而且幾萬年中太陽質量就會明顯增加；如果按照理想氣體模型，太陽的壽命只有1000萬年，這些都不符合實際情況。
1926年愛丁頓出版《恒星內部結構》一書，預測恒星的能源來自內部的原子核聚變反應，或稱熱核反應。不過當時物理學家普遍認為原子核反應所需溫度高達數百億度，這是不可能發生的。
知識點II：隧穿效應與核聚變
在熾熱的恒星內部，原子核外電子脫離了原子核的束縛而自由移動，成為等離子體態。沒有電子的氫原子核就是一個質子，質子受到強相互作用力的影響，所以又叫強子。質子帶正電，所以質子與另一個質子之間受到電磁力排斥作用相互分開，很難發生碰撞。然而新量子理論揭示了基本粒子存在“隧穿效應”，是指粒子存在一定的概率突破量子能量勢壘，就好像穿墻而過一樣。由于隧穿效應的存在，質子與質子有可能突破斥力而相撞，在恒星內部隧穿效應的概率雖然依舊很小，但是由于氫原子核數量驚人，因而質子與質子碰撞發生反應的次數可能足夠多。如此一來，恒星內部核聚變反應所需溫度的問題，只要幾千萬度。1938年美國物理學家貝特和德國物理學家魏茨澤克分別提出恒星內部存在著兩種氫核聚變為氦核的反應，一種叫質子-質子反應，另一種叫碳-氮-氧循環反應。
電子隧穿現象
知識點III：質子-質子反應
恒星內部溫度高達1000萬開時，主要發生的是質子-質子反應，太陽的主要的產能機制是質子-質子反應。
①兩個氫原子核相碰，其中一個質子放出1個正電子和1個中微子而變成中子，與另一個質子結合成為氘核。
②氘核與第三個氫原子核相撞，聚合為一個氦3核（2個質子+1個中子組成），同時放出1個光子。
③兩個氦3核相撞聚合成一個氦4核（2個質子+2個中子），釋放出1個光子和2個質子（即氫原子核）。
這一反應過程總共投入6個H核，最終產出了1個4He核，歸還2個H核，同時放出了2個正電子e+、2個中微子υe和3個光子e，這就是太陽帶給我們的能量。每1g氫聚變產生6.21×10^11J能量，可以將大約1500噸水從0℃加熱至100℃。
質子-質子反應示意圖
知識點IV：碳-氮-氧循環反應
當溫度達到1400萬開時，少量氦原子核也參與聚合反應，產生了碳原子核，碳-氮-氧循環（簡稱為碳循環反應）就開始了。
①1個氫核與1個碳12核聚合成1個氮13核，放出1個光子；
②氮核分解為1個碳13核、1個正電子1個中微子；
③碳13核與1個氫核聚合成為一個氮14核，放出1個光子；
④氮14核與氫原子核聚合成為氧15核，放出1個光子；
⑤氧15核分解成為氮15核和1個正電子、1個中微子；
⑥氮15核再與1個氫原子核聚合生成1個碳12核和一個氦4核。
該反應投入的是氫和碳，最后的產物是碳和氦，碳就好比是催化劑，沒有損失，而氮和氧都是中間環節。總體上投入的是4個氫，產出的是1個氦、2個正電子和2個中微子和3個光子。
碳氮氧循環
知識點V：日核（核反應區）
太陽的中心部分稱為日核，半徑大約為0.2-0.25個太陽，只占整個太陽體積的1.6%。太陽大部分質量都其中在核心，是一個高溫高壓的狀態，溫度是1570萬開，密度是150-160g/cm3。由于是太陽產能區，所以日核也被叫做核反應區。日核區每秒鐘發生9.2×10^37次氫氦聚變反應，產生3.845×10^26J的巨大能量，超過人類當前能耗水平的100萬倍！
知識點VI：輻射區
日核外，從0.25個太陽半徑到0.8個太陽半徑為輻射區，溫度從700萬開迅速下降到70萬開，與核反應區相比密度下降了7-8倍，而在整個輻射區中，密度又從約20g/cm3下降到了0.2g/cm3。核反應區產生的能量以X射線和γ射線的形式向外傳遞，這里的物質會吸收輻射再發出輻射，光子平均需要17萬年的時間才能穿越輻射區。由于溫度垂直遞減率小于所謂的干絕熱遞減率，這也決定了此處熱傳遞的方式主要是輻射而不是對流。
知識點VII：對流區
輻射區的外面是對流區，厚度大約是0.2-0.28個太陽半徑直到接近表面，這一區域中太陽大氣呈現上下對流的狀態，產生非常復雜的湍流現象。太陽等離子體的密度不夠大，溫度也不夠高，所以很難通過熱輻射來傳遞。來自輻射區的熱量加熱了位于對流區底部的物質，物質膨脹上升，到了頂部呈現出一個個細胞狀的泡泡，將熱量帶給光球層，經過擴散和冷卻后，物質密度又會增加，下沉到對流區的底部，再次從輻射區頂部吸收熱量，這就是對流的形式。經過輻射區后，光子能量已經下降許多，99.9%的能量降為0.2-10微米波段，包含全部可見光和少量紅外線和紫外線。最終，光子來到太陽表面，厚度僅約500km，溫度為5700開，密度只有0.2g/cm3的光球層。我們肉眼可見的太陽圓面就是光球層。
太陽結構示意圖
