1968年，美国科学家彼得·格拉泽博士提出一个大胆而天才的设想，既然人造卫星能利用太阳光照射获取电能，那么是否可以利用卫星建立起太空电站，而向地面输送电能呢？
这个设想无疑具有相当大的诱惑力。因为，在宇宙空间利用太阳能，要比在地球表面利用太阳能条件优越得多。首先，由于地球的自转，地球表面总有背朝太阳的一面，一天中将近一半时间无法充分利用太阳能，而宇宙空间基本没有白天黑夜之分，即使有阴影，也是很短一段时间。其次，太阳光穿过大气层到达地球表面时，辐射强度已经大大减弱，到达地面的阳光，又有相当一部分被反射回去。据专家推测，在宇宙空间接收的太阳能要比在地球上至少多4倍以上。在太空建电站，不用考虑位置问题，不像在地球上会受到纬度、地理环境、云层等的影响，这也是太空电站的优势之一。况且，太空电站无需蓄能设备，可以源源不断地向地球输送电能，如果在太空中建起足够数量的太阳能电站，地球将会成为一个让煤和石油走进燃料博物馆的无烟世界，这是多么诱人的前景啊！
当然，设想要变成现实，需要经过艰苦的努力。但设想并不等于幻想，人类已经把太阳能电池送上了太空，已经掌握了一定的空间技术，建造太空电站并非天方夜谭。
目前，已经有几个国家提出了设计方案。方案之一就是在地球同步轨道上建立大型卫星发电站。在这个轨道上，卫星绕地球飞行一圈的时间正好与地球自转一周的时间相同，所以可以用它把收集到的太阳能转换成电能，再通过微波发生器24小时不停地传给地面接收站。
由于现在太阳能电池的光电转换效率不高，一般不超过20％，所以建立大型太空电站的材料数量是相当可观的。据计算，建一座发电能力8000万千瓦的空间电站，要装配几百亿个电池片，64平方公里面积的太阳能电池板，2平方公里的输送天线，整个电站的重量数以万吨！把这样一个庞然大物发射上去并建造起来真是谈何容易！专家们的方案是采取化整为零的办法，用航天飞机往返于地球和太空，把零部件一个个运送到3万多公里高的卫星轨道进行组装，这绝对是一个史无前例的巨大工程！
太阳能电池的效率虽然目前还不太高，但它的问世毕竟给人们带来了希望。本世纪70年代，美国发射的空间实验室，就已带有近15万个小型太阳能电池，可发电115千瓦。近年来，科学家们不断地研究提高太阳能电池光电转换率的办法，预计到21世纪初，太阳能电池的光电转换率可普遍提高到30％以上，重量可以减少为原来的1／3.跨世纪的太空电站已经成为一些国家开发宇宙的蓝图。
美国计划在下一个世纪初，建造60个太阳能发电卫星，每颗卫星发电能力为500万千瓦，并准备在本世纪末开始建造世界上首座太空太阳能发电站。
日本在1990年试制成了世界上第一个微波送电装置，并着手设计发射动力装置，准备先在太空安装一个发电能力为500万千瓦，面积为10平方公里左右的太阳能电池板，用微波送电装置将电能输回地面接收站。如果试验成功，计划在50年内建立起宇宙太阳能电站。
美国还把目光投向了月球，准备在月球上就地取材，制造电站设备，建立起规模宏大的月球太阳能发电站。
随着“哥伦比亚”号航天飞机进入太空，人类的航天时代已经到来。航天技术的飞速发展，给人类铺设了一座通向宇宙的“金桥”。可以相信，实现彼得·格拉泽天才设想的日子不会太遥远了。
绚丽多姿的太阳能热电站
人的创造力是无限的，当人们开始意识到能源危机给人类造成的威胁时，开发利用新能源的科技之花，便在人们辛勤的培植、耕耘中发芽、生长，展现出了一片片迷人的色彩。
1980年末，在意大利美丽的西西里岛，一座高50米的大型建筑格外引人注目。远远望去，只见银光闪闪，2万多平方米的面积上，构成一片光的海洋。
这是世界首座并网运行的塔式太阳能热电站，是法国、原联邦德国和意大利等欧洲9国联合建造的。它用了70个面积为50平方米的聚光镜和112个面积为23平方米的聚光镜组成了一个庞大的“镜阵”。每个聚光镜由两台电动机带动，可绕垂直轴旋转，并通过计算机控制，使镜面跟踪太阳转动。聚光镜呈抛物面状，利用抛物面的聚光原理，把照射到镜面上的阳光聚集成光束，射到50米高的塔顶。塔顶上安装着专用锅炉，锅炉靠聚光镜反射的光束使炉内的水蒸汽温度可高达500℃，再用这种高温蒸汽驱动汽轮发电机组发电。太阳能热电站就是这样把分散的太阳辐射汇集成集中的热能，通过热交换器和发电机，把热能转换成机械能，再变成电能。
太阳能热电站的动力来源不是煤或燃油，而是太阳辐射能。它没有污染，不用运输，燃料是太阳慷慨赐予的“无本之财”。那个庞大的“镜阵”，被人们称之为镀银的聚宝盆。这座电站额定功率为1000千瓦，而且有着独具匠心的储能装置，白天、晚上、阴天、雨夜，发电机都能日夜不停地运行，保证源源不断地连续发电。
西西里岛上的聚宝盆，引起了世界各国的关注，也引发了一场太阳能热电站的激烈竞赛。
1982年，美国在加利福尼亚州兴建了一座大型塔式太阳能热电站。这座电站的聚宝盆采用了1818个聚光镜，占地面积7万多平方米，塔高80米，发电能力10000千瓦，规模和功率都远远超过了西西里热电站。1989年，前苏联建成了当时规模最大的30万千瓦太阳能发电站。1991年，美国麦迪森公司宣布他们将在莫哈韦沙漠地带，建造一座世界上设备最先进的100万千瓦的太阳能发电站……
70年代，世界第一次大的石油危机后，日本就拟定了“阳光计划”，着手大规模开发太阳能，70年代末，日本还只是进行千瓦级的实验型太阳能发电机组的兴建，80年代初，就已开始进入万千瓦级的太阳能热电站的试验。1990年，日本雄心勃勃地向国际社会推出了SEPO计划，把着眼点放到了解决全球能源而不是一国能源的高度上。
日本认为，只有大面积采集和利用太阳能，才能解决全球的能源危机，而大面积采集太阳能的最佳地点，是沙漠地区和海洋水面。于是，SEPO计划把位于赤道附近以瑙鲁为中心的太平洋洋面作为理想水域，准备在这片阳光充足、潮流稳定的水域上建起巨型浮体太阳能热电站群。这个巨大的建筑群的结构由两大部分组成，一部分是浮体平台，一部分是以电站为主体设施的上层建筑，由国际社会共同集资，通力合作，建成后通过海底电缆、卫星传送、蓄电水运等方式，向加入网络的太平洋沿岸国家送电。目前，这个庞大的计划已进入实验阶段，如果这一计划得以实现，人类在太阳能的开发利用上将树立起一座新的里程碑。
我国在太阳能利用上也取得了可喜的进展，而且蕴含着巨大的潜力。我国960万平方公里的领土上，每年可以获得1亿亿千瓦时的太阳能，相当于完全燃烧12万亿吨煤的能量。30多年来，我国的太阳能开发利用技术日臻成熟。从太阳灶、太阳能热水器、太阳能干燥器到太阳能电站、人造卫星太阳能电池，正在逐步赶上先进国家太阳能利用的技术水平。1991年，我国在西藏建成了世界瞩目的10万千瓦级的太阳能热电站。随着现代化建设的进展，我国还将在太阳能利用上迈出新的步伐。
太阳能热电站的不足之处在于占地面积大，发电能力受天气变化和日照强度的影响，因此，人们又有了一个更加宏伟的设想——把太阳能热电站搬到宇宙空间去。或许到下一个世纪，太空电站将不再是梦想。
方兴未艾的事业
太阳能是人类最基本的能源。
壮丽的太阳已经存在几十亿甚至上百亿年，估计今后还将继续“生存”这么久。太阳能的使用期限，几乎跟太阳存在的时间一样长。这就告诉我们，太阳能可以被看成是一种取之不尽、用之不竭的能源。
资源丰富是太阳能的又一个特点。有人估计，到2000年，全世界一次能源的消费量大约相当于每年14万亿升石油，假定太阳能发电系统的转换效率是10％，那么太阳能电池的铺设面积只要达到65万平方公里，就能够满足全世界对能源的需求。这个65万平方公里的面积相当于什么呢？它仅仅是地球沙漠总面积的4％。
太阳能不仅数量巨大，万世不竭，而且免费供应，比任何能源都干净，难怪在当前能源资源日趋短缺、全球环境严重恶化的情况下，太阳能的开发利用受到了世界上许多国家的重视。一些能源政策分析家相信，太阳能至少可以提供全世界1／3的用电量。
开发利用太阳能的现状也很令人鼓舞。手表、立体声音响装置、打字机、通话器等都已利用太阳能；太阳能电视机、通风机、路灯、泵等也将投入实际应用。白天储存太阳能、晚上利用太阳能的庭园走道照明灯，1988年的销售量超过100万件；带有太阳能电池的计算器，目前的营业额已达10亿美元。各种各样的太阳能器具更是琳琅满目，不断推出新产品。
用户对太阳能装置的需求量正以每年15％～20％的速率增长，偏僻地区需求量的增长幅度更大，达40％～ 50％。十多年前绝大多数人还没有听说过太阳能电池这个词儿，可它现在已拥有迅速发展的真正市场，1992年的产量达到579万千瓦，是15年前的26倍。太阳能工业正在越过它不成熟的阶段向前发展，前途光明，崛起近在眼前。
1978年5月3日，美国举行了一次以开发利用太阳能为主旨的“太阳日活动”，有2000万人参加。过了一年，当时的美国总统卡特宣布，到2000年，美国要把太阳能在能源构成中的比重提高到20 ％。现在，这项保证已经成为过去，由于石油价格的下降和政府支持政策的改变，卡特盲目乐观的开发利用太阳能的计划没有成为现实。
但是现在情况正在起变化。美国的太阳能研究不断取得进展，成本的降低和技术上的突破使更多的用户开始用得起太阳能，再加上太阳能在保护环境方面的巨大好处，使主张利用太阳能的人大受鼓舞。在不久前进行的一次全国性调查中，过半数的美国人认为今后10年使用最多的能源是太阳能和核能。1989年，太阳能发电量在美国的总发电量中只占千分之一左右，而根据最近的进展，到下个世纪初，这个比重有可能提高到1％，目前美国的发电能力是6亿千瓦左右，1％就是600万千瓦，大约可以满足300多万人用电的需要。
缺乏能源资源的日本，一向十分重视太阳能的开发利用。它制定了著名的“阳光计划”，投入不少的人力物力研究开发太阳能技术，在太阳能材料、太阳能发电等方面都取得了很多突破性成就，现在已经是世界上生产和销售太阳能装置最多的国家。专家们认为，对于国土资源短缺的日本来说，最经济实惠的办法是在住宅屋顶上铺设太阳能电池，建造这类样板房的“阳光计划”正在实施之中。据说，到2000年，日本将能通过太阳能发电解决本国能源需求的10％。
澳大利亚是世界上利用太阳能发展偏远地区通信事业的先驱。它现在已将20万千瓦的太阳能电力用到电话通信中，今后将有更多的太阳能电力被用来发展光纤通信和数字通信。太阳能电力已经成为澳大利亚电信业的可靠组成部分之一。
不少发展中国家也很重视太阳能的开发利用。印度正在大力开发太阳能，并且建成了自己的太阳能热电站；巴基斯坦希望在今后几年内，使两万个村庄实现太阳能化；利比亚有30％的居民用太阳灶做饭；非洲和拉丁美洲有许多国家用上了太阳能排灌机械；沙特阿拉伯正在建设世界上最大的太阳能工程……
在太阳能的开发利用上，我国起步比较晚，但进展比较快。北京、上海首先成立了太阳能研究所，在太阳能开发研究上有不少发明创造。到1984年，我国已有从事太阳能开发研究的单位160多个，专业科技人员3000多人，生产太阳能设备的工厂百余家。许多太阳能的开发利用项目已经由研究试验逐步走向推广应用，并且取得了良好的节能和经济效果。
太阳能热利用是当前太阳能利用的主要方面，我国许多地方已用上太阳能热水器、太阳灶、太阳房、太阳能干燥器、太阳能制冷机、太阳能蒸馏器、太阳炉等等，是目前使用太阳灶和太阳能热水器最多的国家。
我国从50年代开始研究太阳能电池，首先研制成功的是硅电池，并于1971年3月第一次用到我国发射的第二颗人造卫星上，在太空中运行了8年3个月。以后太阳能电池逐步推广应用到航标灯、铁路信号灯、割胶灯、黑光灯、电围栏、气象通信、电视差转台、旅游船、钟表、台灯、蒙古包照明等许多方面。我国自行设计安装的功率为10千瓦的太阳能实验电站，已分别在甘肃榆中县、西藏草吉县和北京大兴县建成。5个生产太阳能电池的合资企业，年生产能力可达5000千瓦。
有关专家估计，1年里投射到我国陆地上的太阳能大约是1亿亿千瓦小时，相当于12万亿吨标准煤。同如此丰富的太阳能资源相比，我国目前已经开发利用的那一点点太阳能，实在是太少太少了。
当然，不光中国，全世界的情况也是如此。无限丰富的太阳能资源同它作为生产能源对人类所作的贡献相比，前者是那样的大，后者是那样的小，实在不成比例。有的人这样说，太阳能的利用，现在还处于上世纪末石油所处的状况。在本世纪，石油用了65年的时间，终于取代煤炭成为能源舞台上的“第一号角色”。可是，在今后的60年或70年内，太阳能的开发利用，无论在技术上还是在经济上，是否也能取得像石油在本世纪所取得的那样显赫的成就吗？
但愿如此。
一些科学家和工程师们已经看到了这个远景，他们甚至提出了一些相当现实的设想。比如，有一些专家建议，到2000年，可以在占全球沙漠总面积 4％的土地上，配置大面积的太阳能电池板，然后把所获得的电能通过超导电缆传输到阳光少的地区，这样就能满足全世界很大一部分电能的需要。
看到这里，你也许会忍不住想，现在应该好好学习，打好基础，努力掌握现代科学技术，将来更好地为发展我国的太阳能事业，为解决困扰人类社会的能源问题作出贡献。
太阳每秒钟能发出多少能量
本世纪初，人们已开始着手测量地面上单位面积上能接收到多少太阳热量了。这项测量工作并不那么简单，为了得到准确的平均数值，经过70多年的观测，积累了大量资料，终于得到了以下的数据；平均来说，地面上(假设在大气外)垂直阳光方向每平方厘米面积上每分钟接收到的热量是823焦耳，即可使197克水温度增加1度的热量。看来，这个数字似乎并不惊人。但这是在地面上测得的数据，它不能直接代表太阳发出的热量。道理很简单，你站在火炉边，觉得暖烘烘的，如果走出20米远，就几乎感觉不到火炉的温度了。更何况太阳远在15000万千米之外，而且它的能量又是射向四面八方的，只有1／22亿射到地球上。不过根据地球上测得的数值，我们可以算出太阳每秒释放出的总能量是38×1026焦耳。这个数字可就惊人了，假设我们地球整个表面冻有100千米厚的冰层，太阳的全部能量集中射向地球，那么大约40秒就可以使冰层全部溶化，只需7分就能把它们全部化为蒸汽。
太阳的能量从哪里来
太阳每秒发出这么巨大的能量，几十亿年来，它源源不断地把能量输送到四面八方，却丝毫不见发光能力有任何减弱。是什么东西“燃烧”并不断地供给这么多的能量呢？历史上，科学家们曾提出过多种看法。最初设想的是像地球上的普通物质燃烧那样产生热。就假设燃烧的是优质煤吧，1克优质煤完全燃烧只能放出2926千焦的热，如果太阳全部由优质煤构成，那么只要经过5000多年整个太阳就烧完了。而我们人类存在的历史已经有200万年了。显然煤不是太阳的能源。后来人们又提出一些其他假说，也没能完满解决问题。那么，太阳的能量究竟怎样产生的呢？很长时间以来，这都是一个谜。直到20世纪30年代这个问题才得到解答。1938年美国物理学家贝特提出太阳的能源是原子核聚变反应，即由4个氢原子核聚变成1个氦原子核，从而释放出的巨大能量。氢弹就是这种核反应。可以说，1克氢聚变成氦能放出65×1011焦耳的能量，相当于产生648×1011焦耳的热，这等于200吨优质煤燃烧所产生的热量。可见，核反应产生的巨大能量是其他产能方式所不能比拟的。核反应需要高温压条件，太阳中心具有约1500万度的高温，压力比地球大气压大4000亿倍，是一个天然的核反应实验室。太阳能源也给我们以启迪。如果在地面上能人工大规模进行这样的受控核反应，可以获得多么巨大的能量啊！原子核工作者正在为此不断努力创造实验条件。
中微子失踪案
科学家对研究课题的探讨总是没有止境的。虽然核反应理论已经得到了科学界的公认，提出太阳能源学说的贝特也获得了诺贝尔奖金，可是要揭开太阳的奥秘还有许多问题要搞清楚，比如太阳是由些什么元素组成的？它上面的物理状态(温度、压力等)怎么样？”……这些问题对于地面上的物体来说，是很简单的，到实验室里测量、化验一下就解决了。而我们要了解的是在15000万千米之外的太阳！用什么办法寻求答案呢？
太阳的真面貌将更深入更全面地层现在人们面前，它将被更多更好地用来造福于人类。
19世纪末，物理学家发现铀和镭等元素能够自动衰变。在衰变过程中，放射出3种射线，其中有1种射线，叫做p射线。它是一种带负电的高速飞行的电子流。
起初，人们认为在原子核的衰变过程中，原子核发射出一个电子，并且转变成另一种原子核。但是，当人们对衰变前后的原子核进行精密测量并且对能量加以对比之后，发现发射出的电子所携带的能量少于原子核释放出来的能量。就是说，原子核在衰变过程中有一小部分的能量丢失了。
为了寻找遗失的这部分能量，人们进行了实验和研究。到1931年，奥地利物理学家泡利提出一个大胆的设想。他，认为在晾变过程中，原子核除了发射出一个电子以外，可能还发射出一种我们很难察觉到的，还不认识的粒子。他根据衰变理论，认为这种未知的粒子具有奇妙的性质，就是它不带电，显中性，质量微小，不跟周围物质发生作用，它不愿意“显露”自己，所以人们无法观测到它们。
泡利的设想提出后不久，意大利物理学家费米把这种未知的粒子命名为“中微子”，意思是中性的小家伙。
这个假说提出以后，许多科学家就设法寻找这种粒子。寻找中微子是很不容易的，科学家们花了将近20年的时间，想了许多办法，在50年代总算找到了中微子。
在地球上找到了中微子，使天文学家联想到了太阳。人们认为太阳上时刻发生着由氢聚变为氦的核反应，那么一定会发射大量的中微子。
我们知道，现阶段太阳内部主要的核反应是4个氢原子核聚变合成1个氦原子核。经过一次聚变反应之后，质量损失了。损失的质量转化为能量，于是发出巨大的光和热。科学家认为，中微子就是这种反应中必然会产生的一个副产品。天文学家根据理论，可以算出太阳内部每秒钟产生2000亿亿亿亿亿个中微子。这是一个多么巨大的数字啊！
这么大量的太阳中微子穿透太阳大气和太阳到地球之间的空间，来到地球上，铺天盖地地洒向人间。据估计，来到每指甲盖大小的地面上的中微子有几百亿个。
为了寻找来到人间的太阳中微子，科学家想了许多办法。直到1968年，美国科学家戴维斯等人在美国南达科达州的一个深1500米的金矿里做了一次实验，才找到太阳中微子。戴维斯等人在金矿里放了一个很大的钢箱，里面装了38万公升的四氯化二碳溶液，用四氯化二碳来诱捕中微子。当太阳中微子穿过钢箱的时候，就会使一个原子量为 37的氯原子在一个中微子的打击下变成一个同样原子量的氩原子，并且放出一个电子。氩是一种不稳定的放射性元素，它会不断地衰变。用计数器可以测出核反应以后产生了多少氩原子，这样可以反算出中微子的数量。
捕获中微子的办法总算找到了，可是实验的结果却使科学家大吃一惊，引起了一场争论。实际找到的中微子数量远远少于估计能抓到的数量。本来预计用这个方法每天能捕获一个中微子，实际上5天也捉不到1个。在反复研究测量技术之后，科学家断定确实有大量的中微子失踪了。
大量的中微子哪儿去了呢？经过反复检查，有些科学家认为，中微子失踪既然不是因为计量的方法和仪器的误差造成的，那么可能是现有的一些理论有漏洞，应当对一些理论加以检查。
科学家对现有的一些理论的来龙去脉进行了详细检查，发现这些理论确实值得怀疑。
有人认为目前人们对太阳的结构和物质状态的认识，并不是无懈可击。目前人们对太阳内部的一些认识，主要 是利用外部太阳大气的一些数据，用理论方法计算出来的。如果修正—下人们原有的认识，修改一下标准太阳模型；如果假定太阳内部的重元素比我们原来想象的少一些，太阳内部有一个数值达10万万高斯的强磁场，太阳内部的自转比外部快得多，那么算出来的太阳内部的温度要比原来计算的偏低一些，这样计算出来的太阳中微子的理论值就大大减少，跟观测值相近。甚至有人认为原先的太阳产生能量的理论完全不对，太阳内部进行着另一种方式的核反应，那种新的核反应所产生的中微子并不多。
还有一些人认为中微子失踪的原因是太阳能量的产生时而剧烈，时而平静。中微子从太阳到地球只要几分钟，它告诉我们的是几分钟前太阳内部的情况；而太阳辐射能量是经过几千万年从太阳内部传到表面的，所以太阳辐射告诉我们的是几千万年前太阳内部的情况。他们认为目前太阳能量的产生正处在平静阶段，太阳中微子并不多。可是我们关于中微子数量的计算，是根据几千万年前从太阳内部出来到达太阳外部的情况来计算的，而几千万年前正当太阳能量的产生处于剧烈时期。这样算出来的中微子数量当然跟目前产生的数量大不一样了。
另一些人却怀疑人们对中微子的一些现有的认识。他们认为，中微子并不是人们所想象的不跟其他物质打交道。它从太阳中心出来，穿过太阳大气，经过日地空间的时候，可能发生了衰变，变成其他粒子，因而我们找不到它。
上面3种看法对天文学家和原子物理学家都是一个挑。战。要么让天文学家去思考，怎样修改标准的太阳理论模型；要么让原子物理学家去思考，检查一下核反应理论有没有差错。现在人们还不能轻易地下结论；不能肯定谁是谁非。因而太阳中微子失踪一案，在科学上还是个谜。
科学上矛盾的发现往往是科学发展的起点。科学上的难点促使人们去思考，去探索，应当说是一件大好事。太阳中微子之谜一旦被人们揭开，人们就会抛弃一些陈旧的观点，引导出崭新的理论。
太阳不过是一颗平凡的恒星，天上千千万万颗恒星都是中微子发射源。一些超新星以及演化到晚期的恒星也都是强大的中微子发射源。而中微子是人们研究天体结构、能量平衡、演化途径的必不可少的助手，因而解开太阳中微子之谜具有十分广泛的意义。虽然要解开太阳中微子失踪之谜还需要一段时间，需要付出辛勤的劳动，但是人们仍然十分重视它。目前，已经形成天文学的一个新分支——中微子天文学。我们相信，中微子天文学今后将获得丰富的成果。
太阳能的源泉
光辉灿烂的太阳，一刻不停地发射着极大的能量。太阳辐射的总额是38×1026焦耳／秒，或121×1034焦耳／年。太阳的寿命长达几十亿年，在它的“一生”中要贡献出何等浩大的能量啊！1克优质煤完全烧掉，只能放出8 36千焦的热。如果整个太阳是一大团煤球，它按目前的功率发射能量，那么不到1500年，太阳就烧得精光了。太阳的能量是如何产生的？这是太阳物理学的一个重大问题。
太阳能源探索经历了一个漫长的途程。曾经提出过流星学说，即大量流星坠落到太阳上，由摩擦生热而燃烧。但是计算表明，这样得到的能量太少了。这个说法很早已被扬弃。后来又有人提出收缩学说，即太阳不断在缩小，位能减少，热能增加。假定太阳本来至少有现在太阳系那样大，那么由收缩而释放能量，顶多只能维持5千万年。这比起由地质和古生物探索得出的地球年龄还小100倍。此外，用天然放射性来说明太阳能源，也以失败而告终。
一直到相对论问世后，这一难题才得到比较可靠的解决。根据相对理论，通过原子核反应，质量可能转化为能量。按照爱因斯坦的公式：能量E=mc2，m表示质量，c表示光速。由此公式不难算出，一克质量可以变成9×1013焦耳的能量，这相当于1万吨煤全部燃烧所放出的热量。既然太阳是一个拥有2×1033克质量的庞然大物，它可以算是取之难尽，用之不竭的能源了。
在什么场合下，质量才能变成为能量呢？要说明这个问题，让我们作一点历史回顾。早在1895年，法国物理学家贝克勒耳发现了铀(U)的放射性。铀矿石发出的辐射可以穿透纸张和金属片，并使照相底片感光。后来居里夫妇经过繁重的实验和辛勤的探索，发现了钋(Po)、镭(na)等放射性元素。它们在不断蜕变的过程中发射出能量和粒子流。例如镭放出。射线(即氦原子核)、射线(即电子)和射线(与X射线相似，是波长更短的辐射)。这些蜕变都是自然而然地进行的，人们既不能阻止它，也无法促进它。但到了20世纪上半期，物理学工作者实验室里用加速器等工具实现人工的核反应。通过核反应，可以使一种物质转变成另一种物质，并获得大量的能量。在一定意义上说，中世纪炼金术土梦寐以求的“点石成金”终于实现了。人类开始掌握原子核能，并建立了一整套核反应的理论。
在30年代末期，科学家才明确认识到有两种核反应可以解释太阳的能源。一种是所谓的“碳-氮循环”。它包括6个步骤，周而复始地循环进行。经过一整套六步反应，碳和氮的总量都不变，真正受到损耗的只是氢。好在太阳上氢原子多极了，足够长期维持这种核反应。还有一种是“质子—质子循环”。
仔细考虑一下可以看出，这两套循环的总效果都是使四个氢原子核合成为一个氦原子核。
而碳、氮、重氢等原子核只起触媒的作用。请注意，在这个核反应中质量是有损耗的。一个氢核的质量(原子单位)是1008，而氦核是4004，因此每次反应的质量损耗是△m=4×1008-4004=0028.由此可知，每克氢原子转化为氦时释放出能量E=0007×(3×1010)2=63× 1011焦耳。于是不难算出太阳辐射的“成本账”：为了维持每秒4×1026焦耳的辐射，太阳每1秒要耗费62X1旷吨的氢核“燃料”！需要说明，我们讲的是有这样多的氢核聚变成为氦核，实际损耗的质量只是其中的一小部分，即
62×1０8吨×0007=43×106吨。
即便如此，每秒430万吨的代价确也不小了。但是太阳的家底极为雄厚，总质量达2×1033克，并且绝大部分是氢。因此太阳上只要有2％的氢转变为氦，”就可释放 25×1043焦耳的巨额能量。这已经足以使太阳按现在的产能率维持2亿年了。下面要谈到，太阳的寿命是几十亿年。因此我们有根据说，核反应可以充分供应太阳的能源。
对太阳来说，上述两种核反应中哪一种起主要作用呢？在这个问题上，天文学家反复动摇了好几次。有时认为碳—氮循环是主要的，过些年又说质子—质子循环更要紧。总的说来，它们都在发挥作用。不过由于前一种核反应所需要的温度比后一种高，并且受温度变化的影响要大得多，一般认为太阳的能量主要是质子-质子循环供给的。顺便谈到，比太阳更亮、也就是更热的恒星基本上由碳—氮循环获得能量，而比太阳温度低的恒星，却是靠质子-质子反应“过日了”。因此就能源来说，太阳在恒星世界中也是比较适中的代表。
高温高压的世界
太阳的能量由核反应产生。在什么情况下才会出现核反应呢？地球大气也有大量的氢，但它们绝不会聚变成氦。只有在上千万度的高温状态，氢原子才会完全电离并获得 足够的能量来克服核子间的排斥力，实现核反应。另外，物质要高度密集，才能使核反应持续进行下去。那么，这些条件在太阳内部是否具备呢？
我们观测太阳只能看到它的大气，而整个太阳内部对我们的眼睛和仪器来说都是看不见、摸不着，可说是讳莫如深的“禁区”。除掉近年来太阳的中微子这个行踪诡密的“特殊使节”可能传递一点直接信息外，我们对太阳内部只能用理论计算加以研究。半个世纪来，经过天文学家的努力钻研，已经创立比较完整的恒星内部结构理论。
太阳是一大团气体，它的结构主要由两种力量决定。一个是太阳的重力，即日心引力，它使太阳物质收缩。同时，气体有膨胀和逃逸的倾向。这两种相反的力大致处于平衡状态，结果使太阳成为一个基本稳定的气体球。让我们先考虑太阳的表面层——光球。那里的温度和密度早已从直接的观测定出了。如果对表面层下面的一点选择一个温度，然后计算在什么密度下这一点的气体物质才能处于平衡态，既不被上面的气层压塌，也不因膨胀而冲到外面去。接着对第三点也取某个温度，按同样方法定出它的密度。如此逐点内推，直抵太阳核心。当然，我们所选的一系列温度是否正确，还须加以鉴定。为此，我们要求由各层密度的计算结果推出的太阳总质量，应与观测结果吻合。另外，太阳的平均密度也是—个判据。实际计算甚为复杂，因为还须考虑化学成份、不透明度、能量传输方式等很多因素。经过大量计算，已经建立太阳的结构模型。不同的研究者得到的结果有些差异。大致说来，太阳核心的温度是1500万～2 000万度，物质密度为100～130克／厘米3.至于太阳内部温度和密度随深度的分布，温度和密度都随与太阳中心距离的增加而迅速下降，所以核反应发生的区域很小。这个区域的半径R≤015R⊙，这里R①是太阳的半径。我们可以把这一区域叫做太阳的心脏。
将近2000万度的极高温度和超过地面大气压力3000多亿倍的巨额重载！这些都远远超出我们日常生活的经验。在这种骇人听闻的高温高压的世界里，那里的物质是处于所谓高温等离子体状态。本来在低温情况下，原子核把电子牢牢吸住，使它们循一定轨道绕原子核旋转。但是在高温状态，电子具有极高的动能，它们挣脱了原子核羁绊，取得了“独立”地位，成为飞快奔驰的自由电子。不仅只有 一个电子的氢，甚至有几十个电子的金属原子，也都纷纷电离了。在正常情况下，原子的直径约为10-8厘米，但在高度电离的状态，丧失了全部或大部分电子的原子核就显得更微小了，直径不超过10-12厘米。原来是稠密的气体，现在变得稀疏了。不仅对太阳核心(密度约为102克／厘米3)，甚至对白矮星(密度高达106克／厘米3)，原子核还处于可以自由运动的状态。那么，究竟要达到多大的密度，原子核才能摩肩接踵，联成一片呢？答案是一个惊人的数字：1014/厘米3！要是我们一旦遇到这种物质，那怕只有针尖那样大一点，用巨型起重机也很难搬动它呢！
热能的旅程
我们已经知道，太阳的能量是在核心由热核反应产生的。那么能量怎样由太阳核心传到表面？物理学告诉我们，能量传播的方式有3种：传导、对流和辐射。举例来说，铁棒一端烧红，另一端触之灼手，这是热传导的结果；开水沸腾，热升冷降，这是对流；冬日围炉，向火觉暖，这是辐射的结果。由于气体的导热率甚低，并且太阳内部基本稳定，物质流动并不会很剧烈，因此可以肯定，太阳的能量主要靠辐射的方式来传播。但是还需要指出，对流过程也有一定的作用。谈到对流，前面举出沸水升降作为例子。为什么这时有对流呢？因为水壶下面有炉火，与上面有一定的温度差。一般说来，温度梯度愈大，对流运动就愈旺盛。由太阳核心向外，温度急剧下降，温度梯度很大(每千米约差几十度)。经过理论分析，可以肯定在太阳核心附近有一个对流区。这个区域相当大，大约包含物质的10％。在对流区内，由热核反应产生的氦原子核不断外流，而作为核反应原料的氢核源源输入。这好像一支燃烧着的蜡烛，附近也有空气对流。作为燃烧产品的二氧化碳在烛火上空排出，而燃烛所需的氧气在蜡烛下面不断流进。因此太阳核心区的对流运动起着吐故纳新的作用，使热核反应能够持续进行。
