太阳究竟使用了什么当燃料，为什么燃烧了46亿年还没有烧完？

家里一罐液化气，做饭烧水，一般一个多月就得换。煤炉更不经烧，夜里不添煤，第二天早上炉子就凉了。天上的太阳却从恐龙出现以前很久就亮着，一直亮到今天，也没见它暗下去。

太阳究竟使用了什么当燃料，为什么燃烧了46亿年还没有烧完？这个问题可以倒着查：从照在脸上的那缕阳光开始，顺着它一路往回找，一直找到太阳最里面。

阳光从太阳表面飞到地球，只要8分多钟，不过这只是旅程的最后一段。太阳中心产生的能量，可能需要10,000到170,000年才能逃离核心。太阳里面挤得满满当当，光每走一小步就被吸收一次，再换个方向放出来，就像在庙会的人堆里往外挤。

所以今天晒被子用的阳光，从太阳中心出发的时候，人类可能还没学会种庄稼。再往回追，就到了它的源头，也就是太阳的核心。

那里的环境很极端。按国家航天局的介绍，太阳能源来自于它直径不到50万千米的核心部分。其核心的温度高达1,500万度，压力极大，有2,500亿个大气压。

燃料就在这里：氢，宇宙里最简单的元素。在这样的高温高压下，每4个氢原子核结合成一个氦原子核。合成出来的氦比原来的四个氢加起来轻一点，少掉的那一点质量就变成了光和热。

这跟灶膛里的火不是一回事。烧煤、烧气离不开氧气，属于化学反应。太空里几乎没有氧气，太阳靠的是原子核本身发生变化，也就是核聚变。说太阳在"燃烧"，其实只是打个比方。

它的消耗量很大。在太阳的核心，每秒钟将大约6亿吨氢融合成氦，并在此过程中将400万吨物质转化为能量。每秒几亿吨，一天一年地累积下来，数字大得很难想象。

可是跟太阳的家底一比，这些又不算多。按现在的速度，到目前为止，太阳已经将大约100倍地球质量转化为能量，约占太阳总质量的0.03%。就算把参加过反应的氢全部算上，粗略推算，也不到太阳总重量的二十分之一。

太阳也没有一下子把全部燃料都拿出来用。核心质量约占太阳总质量的34%，但体积仅占3%，且产生了99%的太阳核聚变能。外层的大量氢基本不参加反应，相当于存在仓库里。

核心里的氢确实在慢慢减少。太阳表面的氢还占七成多，越往里越少，直到在太阳中心降至约33%。这就像米缸里的米下去了一截，但离见底还远。

太阳"用得慢"，还跟氢原子核本身的脾气有关。氢原子核都带正电，互相排斥，即使在上千万度的核心里，两个氢原子核撞到一起，绝大多数时候也会弹开。按科学家的估算，一个氢原子核平均要等上百亿年，才能成功和别的原子核结合一次。

太阳自己还带着一个"调节阀"。反应一快，多出来的热量就把太阳往外撑，核心变松、温度下降，反应随之放慢；反应一慢，重力又把核心压紧、温度回升。这样一撑一压，太阳的亮度几十亿年来一直比较稳定。

太阳核心谁也看不见，科学家为什么这么有把握？他们靠的是中微子。中微子是核聚变的副产品，几乎什么东西都能穿过去，可以从太阳中心直接飞到地球。光是其中一种来源的中微子，每秒就有约7亿个穿过地球上的每一平方厘米，人一点感觉都没有。

意大利的Borexino实验专门捕捉这种粒子。按照理论，太阳大约99%的能量来自一系列被称为"pp链"的反应，剩下的一小部分来自碳氮氧循环。实验测出来，碳氮氧聚变在太阳中的贡献约为1%，与理论家的预测一致。理论预测和实际测量对上了。

中国的江门中微子实验也在测这本账。它的探测器位于地下700米深处，其有效质量达2万吨的液体闪烁体探测器（中心探测器）浸泡于地下实验大厅44米深的水池中央。今年6月，它的首个物理成果登上了《自然》杂志封面，相较于过去数十年多项实验的综合结果，精度提高了1.6倍。

这次还冒出一个没解开的问题。同样的参数，可以用太阳中微子测，也可以用核反应堆中微子测，两种结果过去一直对不太上。这次用反应堆中微子测算，证实两种观测方式得出的数据仍存在约1.5倍标准偏差，为后续探索新物理现象提供了重要线索。大账已经对清楚了，小处还有差距没弄明白。

弄清楚太阳怎么发光以后，人类也想在地面上造一个"太阳"。今年国庆前后，合肥的紧凑型聚变能实验装置（BEST）项目园区提前交付使用，装置主机建设进入"四环套装"攻坚阶段。按照计划，BEST装置将力争在2027年底完成整体建造，2030年前后开展氘氚聚变发电演示。

难的是，太阳有巨大的重力把燃料压在一起，地面上的装置没有这个条件，只能把温度烧得更高，再用磁场来"关住"燃料。在这套装置里，环向场磁体负责产生超强磁场牢牢锁住高温等离子体不让其碰到容器壁。按研究计划，它目标聚变功率达到20兆瓦至200兆瓦，同时争取实现输出能量超过投入能量。

把眼光放到整个宇宙，"燃料"也是天文学家正在研究的问题。"中国天眼"联合国外设备观测发现，45亿年前的宇宙恒星形成率约为今天的2.5倍，而同期的中性原子氢密度仅约为今天的1.4倍。研究人员的结论是："我们看到的不是宇宙缺气，而是气越来越难被'加工'成恒星。"

太阳本身就是这样"加工"出来的。它大约形成于46亿年前，来自大分子云区域内物质的引力坍缩。它眼下正处在壮年，不过会一点点变亮，现时，它的亮度每1亿年新增约1%。从现在起，至少需要10亿年的时间才能耗尽地球上的液态水。

再往后，在太阳成为红巨星阶段之前，太阳作为主序星总共将花费大约100亿至110亿年的时间。也就是说，它现在大约走到了一半。

再回头看那罐液化气。它一个多月就用完，是因为罐子小、火开得大。太阳正好相反：太阳系绝大部分物质都集中在它身上，燃料多；反应慢，火候稳；还有重力和热量互相牵制，随时调节火力。燃料是氢，靠的是核聚变，46亿年下来，它才用掉一小部分家底。