太阳究竟使用了什么燃料？为什么烧了46亿年，还没有烧完？

地球能够成为一颗生机勃勃的星球，有一个必不可少的条件就是：太阳这个“大火球”一直在给地球提供能量。据我们所知，太阳诞生于大约46亿年前，从那时开始，它就一直在发光发热。那么，太阳究竟使用了什么燃料？为什么烧了46亿年，还没有烧完呢？下面我们就来聊一下这个话题。

太阳使用的燃料，其实就是宇宙中最多的元素——氢，更准确地讲，是氢原子核，也就是质子，在太阳的核心，质子不断地发生核聚变反应，而太阳的能量正是来自于此。所以太阳的发光发热，其实并不是燃烧现象，当然了，为了方便讨论，我们还是可以将这种现象形容为燃烧，大家知道区别就行了。

想象一下，如果你有一堆燃料，现在你想让这堆燃料的燃烧时间尽可能地持久，你会怎么做呢？一个简单的方法就是，尽可能地降低燃料的消耗速度，让燃料一点一点地燃烧。

实际上，太阳烧了46亿年还没有烧完，也正是因为太阳消耗燃料的速度极为缓慢，具体怎么回事呢？我们接着看。

太阳核心的核聚变反应过程可以简单地描述为，首先是两个质子结合在一起，形成氘原子核，接着氘原子核又与另一个质子结合，形成氦-3原子核，最后这个氦-3原子核又会与另一个通过相同途径生成的氦-3原子核结合，形成氦-4原子核，同时释放出两个质子。

这一系列的反应过程也被称为“质子-质子链反应”，其中实现难度最高的，其实就是第一步，也就是两个质子形成氘原子核。要知道质子都是带正电的，它们会强烈地彼此排斥，所以想要让两个质子撞在一起，就需要它们具备足够高的动能。

从微观角度来讲，温度其实就是大量微观粒子热运动的激烈程度，这就意味着，在温度足够高的情况下，两个质子就可以克服彼此的排斥力撞在一起，什么样的温度才算得上“足够高”呢？根据科学家的估算，至少需要上亿摄氏度。

那太阳核心的温度达到了这个条件了吗？答案是否定的，因为太阳核心的温度只有大约1500万摄氏度，也就是说，从理论上来讲，以太阳核心的温度，是不可能实现“质子-质子链反应”的，这明显与我们看到的事实相悖，为什么会这样呢？这其实困扰了科学界很长一段时间，直到“量子隧穿效应”的发现，这个问题才得到合理的解释。

“量子隧穿效应”属于量子力学的研究领域，简而言之，这种效应是指微观粒子在自身动能不足的情况下，也有一定的概率穿过经典力学里不可能穿过的“能量势垒”。

质子之间的排斥力，其实就是一种“能量势垒”，也就是说，即使温度不够高，以至于质子自身的动能不足以穿过这个“能量势垒”，它们也可以因为“量子隧穿效应”而撞在一起。

“量子隧穿效应”发生的概率与能量差距密切相关，能量差距越大，其发生的概率就越小，反之亦然，由于太阳核心的温度与理论值差了太多，因此质子通过“量子隧穿效应”撞在一起的概率就异常的低，根据科学家的计算，这个概率大概是10的负20次方，也就是说，每1万亿亿次中只会发生一次“量子隧穿效应”。

但这还没完，要知道氘原子核其实是由一个质子和一个中子构成，这就需要当两个质子撞在一起的时候，其中的一个质子通过β衰变转变成中子，然而这样的情况却极难发生，因为在绝大多数情况下（超过99.999%），两个质子即使通过“量子隧穿效应”撞在了一起，它们也会在极短的时间内分开。

这样的情况，无疑使两个质子形成氘原子核的概率低得令人发指，有多低呢？这样说吧，对于太阳核心中一个特定的质子来讲，它通常需要数十亿年的时间，才可以与另一个质子形成氘原子核。

尽管这个概率是如此之低，但太阳核心的质子数量却有大约10的56次方个，如此庞大的数量，就使得太阳核心每时每刻总是会有极少数的质子形成氘原子核，进而使“质子-质子链反应”的后续过程顺利进行，如此一来，太阳消耗燃料的速度也就极为缓慢了。

总而言之，在极低概率的限制下，太阳其实一直在以极为缓慢的速度消耗自己的燃料，也正是因为如此，太阳才可以烧了46亿年，还没有烧完，不过太阳的燃料终究是有限的，根据科学家的估算，在大约50亿后，太阳核心的燃料就会耗尽，而届时的太阳，将会演化成一颗红巨星。