太阳如一团熊熊燃烧的火焰，给人类带来光明与温暖，勇气和希望。地球上一切活动的能量，几乎都源自太阳；如果没有太阳，黑暗、严寒会吞噬整个地球，我们美丽的家园将变成死寂的世界。太阳无比灿烂的光彩，还激发人类丰富的想象能力，以至他们曾经把它当作神来崇拜。举世闻名的埃及吉萨地区的金字塔，每当春分这一天，它们的一个底边刚好指向太阳升起的地方；希腊神话中太阳神阿波罗的名字，被用来命名现代航空飞行器；古代各国的帝王们，更是把太阳看作至高无上、君临天下的象征。
宇宙中，太阳是距地球最近的恒星，日地距离只有1.5亿公里。太阳的直径大约为139.2万公里，是地球直径的109倍；太阳体积为地球的130万倍，而质量比地球大33万倍。太阳主要由氢、氦等物质构成，其中氢占73.5％，氦占25％；其他成分如碳、氮、氧等，只占太阳物质构成的1.5％。太阳核心的温度高达1500万至2000万开，每秒钟有6亿多吨的氢在那里聚变为氦；在这一过程中，每四个氢原子核聚变为一个氦原子核，而每产生一个氦原子，太阳就向外辐射一小部分能量。地球植物的光合作用，煤、石油等矿藏的形成，大气循环、海水蒸发、云雨生成等等，这一切都离不开太阳的活动。10亿年来，地球的温度变化范围很小，这说明太阳的活动基本稳定，也为生命的孕育、演化提供了极好的条件。
到目前，太阳上的氢聚变反应已进行了几十亿年，有人担心太阳的能量总有一天会耗尽。的确，太阳的能量并非取之不尽，用之不完。如果氢不断减少，氦不断产生，未来的太阳会变成什么样？
根据恒星演化理论，从恒星中心核内的氢开始燃烧到它们全部生成氦，这一过程叫做“主星序阶段”。处于主星序阶段上的恒星称之为“主序星”。不同恒星体在主星序中存在的时间是不同的，这主要取决于该恒星体的质量。天文学家爱丁顿发现：质量越大的恒星体，它为抗衡万有引力而产生的热量也越多；产生热量越多，则星体膨胀速度越快；相应地，它留在主星序中的时间便越短。拿太阳来说，它和众多的恒星一样，目前正处于主星序阶段。
根据科学家计算，太阳可在主星序阶段停留100亿年左右；而目前它处于主星序阶段上已46亿年了。质量比太阳大15倍的恒星只能停留1000万年，质量为太阳质量五分之一的恒星则能存在10000亿年之久。
当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段，步入老年时，会首先变成一颗“红巨星”。之所以称为“巨星”，因为它的体积巨大，在这一阶段，恒星将膨胀到比原来体积大十亿多倍的程度；称它“红”巨星，因为在恒星迅速膨胀的同时，其外表面离中心越来越远，温度随之降低，发出的光也越来越偏红。尽管温度降低，红巨星的光度却变得很大，看上去极为明亮。目前人类肉眼看到的亮星中，有许多都是红巨星。现在，我们最熟悉的一颗红巨星是猎户星座的“参宿四”，其直径达11亿公里，为太阳直径的800倍。若“参宿四”在太阳的位置发光，红光会遍及整个太阳系。
从“主序星”衰变成“红巨星”，变化不仅仅是外在的，恒星的内核也发生了很大变化——从“氢核”变成了“氦核”。我们已经知道，恒星依靠其内部的热核聚变而熊熊燃烧着，核聚变的结果是每四个氢原子核结合成一个氦原子核；在这个过程中恒星释放出大量原子能并形成辐射压，辐射压与恒星自身收缩的引力相平衡。而当恒星中心区的氢消耗殆尽，形成由氦构成的氦核之后，氢聚变的热核反应便无法在中心区继续进行。此时引力重压没有辐射压来平衡，星体中心区会被压缩，温度随之急剧上升。恒星中心的氦核球温度升高后，紧贴它的那一层氢氦混合气体相应受热，达到引发氢聚变的温度，热核反应便重新开始。于是，氦核逐渐增大，氢燃烧层也随之向外扩展（恒星星体外层物质受热膨胀，就是它开始向红巨星或红超巨星转化的过程）。转化中，氢燃烧层产生的能量可能比主序星时期还要多，但星体表面温度不仅不会升高反而会下降。原因在于：外层膨胀后受到的内聚引力减小，即使温度降低，其膨胀压力仍可抗衡或超过引力，此时星体半径和表面积增大的程度超过产能率的增长，因此总光度可能增长，表面温度却将下降。质量比太阳大4倍的大恒星在氦核外重新引发氢聚变时，核外放出的能量未明显增加，半径却增大了好几倍，因此恒星的表面温度由几万开降到三四千开，成为红超巨星。质量比太阳小4倍的中小恒星进入红巨星阶段时表面温度下降，光度也将急剧增加，这是它们的外层膨胀消耗的能量较少而产能较多的缘故。
红巨星一旦形成，就会朝恒星演化的下一阶段——“白矮星”进发。当外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力将强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将越过1亿度，从而点燃氦聚变。经过几百万年，氦核也燃烧殆尽，而恒星的外壳仍然是以氢为主的混合物。如此，恒星结构比以前复杂了：氢混合物外壳下面会有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。这样，恒星体（红巨星阶段）的核反应过程将变得更加复杂。其中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其他元素。与此同时，红巨星外部也开始发生不稳定的脉动振荡：恒星半径时而变大，时而缩小，稳定的主星序恒星将变成极不稳定的巨大火球。火球内部的核反应也会越来越趋于不稳定，忽强忽弱。此时，恒星内部核心的密度实际上已增大到每立方厘米10吨左右，可以说，在红巨星内部已经诞生了一颗白矮星。
白矮星是一种很特殊的天体，它体积小、亮度低、质量大、密度高。比如天狼星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积比地球大不了多少，但质量却和太阳差不多！也就是说，它的密度为1000万吨／立方米左右。根据白矮星的半径和质量，可算出它的表面重力等于地球表面重力的1000万~10亿倍。在这样高的压力下，任何物体都将不复存在，连原子都会被压碎；电子也将脱离原子轨道变成自由电子。
白矮星的密度为什么这样大？我们知道，原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米，而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。打个比方，假如原子核的大小如一颗玻璃球，那么电子轨道将在2公里以外。而在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成自由电子。这种自由电子气体会尽可能地占据原子核之间的空隙，从而使单位空间内包含的物质大大增多，密度大大提高。形象地说，此时原子核是“沉浸”于电子中的，没有了原先与电子的“秩序”和“距离”，科学上一般把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡，一定时间内维持着白矮星的稳定；可是当白矮星质量进一步增大，简并电子气体压力就有可能抵抗不住引力而收缩，白矮星还会坍缩成密度更高的天体“中子星”或“黑洞”。
对单星系统而言，由于没有热核反应来提供能量，白矮星在发出光热的同时，也以同样的速度冷却着。经过100亿年的漫长岁月，年老的白矮星将渐渐停止辐射死去。它的躯体会变成一个比钻石还硬的巨大晶体——“黑矮星”，孤零零飘荡在宇宙空间。对于多星系统来说，白矮星的演化过程可能没有这么简单，中途有可能发生改变，这需要科学家们进行更深入细致地研究。
最近，英国曼彻斯特大学和美国国家射电天文台的科学家，在曼彻斯特举行的国际天文学联合会大会上宣布，他们使用射电望远镜拍到了1000光年外的一颗恒星向外喷发气体的图像。这是迄今科学家拍到的最精细的太阳系外恒星活动图像。对这批图像进行研究，将有助于了解恒星接近死亡时的演化过程，从而预测出太阳的未来命运。科学家们观测的这颗恒星名叫TCAM，位于鹿豹星座，是一颗年老的“变星”，其亮度以88个星期为周期进行有规律的变化。过去，科学家们每两周对TCAM进行一次观测，一直持续了88周（即该恒星的一个光变周期）。他们使用了“特长基线干涉测量”（VLBl）技术，在43GHZ频段记录恒星喷出的气体发出的射电波，结果获得了比哈勃太空望远镜所能拍到的同类图像精细500倍的图像。从图像中可以看出恒星表面附近气体的复杂运动，但其中有一些利用现有理论尚不能解释。一些科学家们认为，几十亿年后，太阳在生命走到尽头时会迅速膨胀，把包括地球在内的太阳系内行星“吞噬”掉。届时太阳会剧烈地脉动，像TCAM一样成为一颗变星。在脉动过程中，大量物质将被抛入星际空间，太阳的大部分质量都会损失掉，剩余部分将坍缩成一颗白矮星。在银河系中发现的大量变星表明，脉动和质量抛失是恒星死亡过程中的普遍现象，一些变星每年能够抛出相当于一个地球质量的物质。研究这种质量抛失，可以更好地了解恒星生命终结的过程，其中也包括我们的太阳。
一些科学家认为，虽然目前对恒星演化过程还不是太清楚，但基本可以肯定：大约50亿年后，太阳就会成为红巨星。那时，地球上的一切生命将不复存在。届时地面温度将比现在高两三倍，北温带夏季最高温度会接近100℃；而地球上面积巨大的海洋，也将会被蒸发成一片沙漠。预计太阳在红巨星阶段大约停留10亿年左右，光度将升高到今天的好几十倍；它的体积也将比现在更加硕大，若从地面角度观察，会发现它实际上“布满”整个天空。
这样的“世界末日”固然还非常非常遥远，但是一些人因为提前几十亿年知道了最后的“大结局”，无法掩饰内心的苦涩。因为这样一来，不仅人类，就连一切的生命形态都显得那样渺小，那么“微不足道”。他们会问：“如果生命的演进注定是一场过眼云烟，那么它还有什么意义呢？”
太阳将来也会像普通恒星一样灭亡，这是不可改变的自然规律的确，在人类看来，虽然个体生命的意义在于它的有限，但整体生命的意义似乎应该在于无限。在这个信念的支撑下，很多人认为即便没有了地球，生命也会在另一个星球上延续。人类是不会坐以待毙的！他们极有可能在此之前早已移居到太阳系以外其他适合生存的行星上了。银河系中有1000亿颗发亮的恒星，而每一恒星附近常有好几颗行星，在广袤的宇宙里又至少有1千亿个不同的银河系。从理论上讲，适宜人类生存的星球应不止一颗。1957年开始，人类便着手进行太空探险的尝试了；1995年，天文学家第一次发现太阳系之外的一颗恒星附近存在着行星；到现在，人们一共找到了50多颗太阳系以外的行星。也许其中的某一颗，会是未来人类的家园。
太阳能量之谜
太阳是地球万物生长的动力源泉。自人类诞生起，太阳就一直是人心目中光明和温暖的使者。在各国家、民族的神话故事里，太阳是不可或缺的角色。中国神话有“后羿射日”、“夸父逐日”，古代西方有阿波罗神，等等。
太阳炽热无比，这主要因为太阳每时每刻都在向外释放出巨大的能量。可以毫不夸大地说，地球上人类迄今为止利用的主要能量，直接或间接地都来自太阳。而在人类有史可查的漫长岁月中，太阳光和热都未见有丝毫的减弱，这既让人高兴，又令人费解：如此巨大而持久的能量是从哪里来的呢？
对此，古往今来的科学家们众说纷纭。首先有“燃烧说”，这是一种最原始也是最朴素的猜测。该观点认为，太阳是通过燃烧内部物质而发出光和热的。有人设想太阳是一只巨大无比的“煤炉”，靠类似煤炭燃烧发出强光和辐射热量。然而，根据测量，太阳表面温度高达6000摄氏度，很难解释由碳和氧发生化学反应生成二氧化碳的“燃烧”，能达到这样高的温度。同时，根据测到的数据，太阳每秒的辐射能量以功率单位瓦计算为3．9×1026，用普通的燃烧难于维持这个大得惊人的天文数字。再者，如果太阳是靠这种化学能来维持的话，最多不过燃烧几千年，可是至今太阳已经存在了45亿年而不见衰退的迹象。由此可见，“燃烧说”不符合事实。
于是出现“流星说”。有人认为太阳周围有稠密的流星，它们以可观的宇宙速度撞击太阳，这样流星的动能便转变为太阳的热能。然而，果真如此的话，欲维持太阳发出那样巨大的能量，坠落在太阳表面上的流星之多，应该使太阳的质量在近2千年内有显著的增加，这就会影响九大行星的运动；但是从九大行星的运动情况来看，并没有什么显著的变化。况且按照牛顿的万有引力理论，流星不会漂浮在太阳的上空，不会大量落在太阳上，它们是以闭合的轨道绕太阳运行。
关于太阳能的来源，第一个可称得上“理论”的，是天文学家亥姆霍兹于1854年提出的太阳“收缩说”。他认为像太阳那样发出辐射的气团必定会因冷却而收缩。当气团分子在收缩中向太阳中心坠落时，势能转变成动能，再转变为热能以维持太阳所发出的热量。但是计算同样表明，如此太阳的寿命不应超过5千万年，而太阳的实际年龄却是45亿岁。面对事实，连亥姆霍兹自己也对“收缩说”摇头了。
然后是“核燃烧说”。根据光谱分析，早已知道太阳中含有丰富的氢，还有少量的氦。
可见，这两种元素一定与太阳能有密切的关系。1911年原子核发现后，人们开始猜测太阳能也是从原子核反应中释放出来的。
已知几个核子（组成原子核的粒子）通过核反应结合在一起，就会放出能量。例如4个氢通过核反应结合成1个氦，便能放出20兆电子伏特以上的能量。按照著名的爱因斯坦质能关系式“E（能量）=m（质量）×C2（光速）”，4个氢核质量约相当于4000兆电子伏特的能量，核燃烧后的“质量亏损率”为Am／m=20／4000=5×10-3。而从太阳的辐射功率，同样可由质能关系估计出太阳每秒减少的质量为4×106吨，这与太阳总质量2×1027吨之比为2×10-21，这就是太阳的“质量亏损率”。两者一比较，便得出太阳寿命估计为几百亿年。于是人们恍然大悟，原来氢就是太阳中的燃料，氦则是它燃烧后的余烬，太阳能来自氢的聚变反应。从太阳光的光谱分析，也证实太阳里确实存在氢气和氦气。
