“鳥兒在暴風雨後歌唱，難道人們不應該盡情享受剩下的Sunny嗎？”——羅斯·肯尼迪

我們知道太陽發出的光需要大約8分鐘達到地球，因為光速是有限的，但又有人說太陽此刻發出的光十萬年後才能到達地球，因為光子想要從核心逃逸出來至少需要十萬年的時間。

以上的說法看起來貌似都是正確的，真實的情況是怎樣的？我們今天就聊下這個問題。

如果沒有核聚變，太陽能量的唯一來源將是引力勢能的釋放。事實上，這是上個世紀早期開爾文勳爵關於太陽能量來源的最初想法，他認為太陽會隨著隨著時間的推移在引力的作用下不斷地縮小，在這個過程中，大量地引力勢能會轉化為熱能，通過太陽表面釋放出來。

這是一個非常絕妙地想法，但是引力勢能地釋放只能為太陽提供大約1億年的能量，這個時間遠遠不足以解釋我們在地球上觀察到的地質、生物，它們的變化和存在的時間。但是有些恆星，比如：白矮星（包括上圖中的天狼星B）正是由凱爾文-亥姆霍茲機制驅動的，但它們的亮度只有太陽的百萬分之一。

而我們太陽的能量來自於核聚變的過程，在這個過程中，輕核聚變為重核，同時釋放出大量的能量（通過E = mc^2）和高能光子。

但是，核聚變只會發生在恆星的核內，而恆星外城大量的電離原子（質子、原子核和自由電子）會阻擋高能光子到達太陽表面，也就是說，光子想要從核心到恆星表面並逃逸，這一路上會經歷隨機散射，每個光子所經歷的路徑都是不同的，所以我們也稱之為隨機漫步。因此這些碰撞會產生大量的、更冷的、攜帶不同能量的光子：紫外線、可見光和紅外線，而不是最初在核心產生的伽馬射線。

核聚變的工作方式主要是通過一系列的輕原子核融合實現的，其中兩個質子首先被融合成一個氘，然後氘被聚變產生氦-3或者氚，氦-3或氚與一個氘被聚變產生氦-4，然後釋放出副產品質子或中子，連同中微子和高能光子。

中微子可以源源不斷地從核心到表面被釋放，過程中不會受到干擾。高能光子經歷大量的碰撞，需要數萬到數十萬年才能離開太陽表面。核聚變的產物要麼是穩定的，要麼具有衰變性，要麼進一步的融合反應，但所有這些過程都發生在太陽內部。

實際上，想要驅動太陽內部的核聚變，僅憑太陽內部的高溫、高壓是不夠的，還需要量子物理學，換句話說：即使在太陽最核心的能量，可能超過1500萬K的溫度，但仍然不足以驅動聚變反應的發生。相反，在這樣的溫度下，只有很小的量子力學概率，大約每10^28次碰撞中就有1次相互碰撞的粒子會通過量子隧穿效應進入一個融合的、更重的原子核狀態。由於太陽的密度和溫度非常高，所以每秒鐘就有4×10^38個質子被聚變成了氦。

然而，所有這些反應都發生在遠離太陽表面的地方。即使量子物理學的隧穿效應，要進行所有的聚變反應，至少需要達到4000000開爾文左右的溫度，而這一溫度在太陽輻射層一半的地方就結束了。(超過99%的核聚變發生在核心。）所以，沒有任何一種為太陽提供能量的核反應發生在離表面足夠近的地方。

但是，太陽還存在著其他的一些現象：日冕周圍存在著高溫等離子體。這種高溫的離子化等離子體可以達到數百萬度的溫度，而太Sunny球層的溫度只有6000度。此外，太陽耀斑、太陽內部的上升流、大規模的噴射以及更多的現象使太陽的溫度在某些地方會異常升高。

雖然這些影響都不會產生任何額外的核反應，但它們確實會改變太陽實際的能量排放狀況。上文中太陽的光譜分佈只是理想的狀態。

下圖是太Sunny譜的實際情況。

太陽實際的光譜中，在紫外線和X射線波段有更高能能量。（實際情況中也不包括伽馬射線），如果我們分別通過單個特定波長的光來觀察太陽，就會知道為什麼會這樣。下圖

在可見光下，除了太陽黑子溫度較低，太陽表面溫度分佈相當均勻。在紫外線下的模式大致相同。但是當我們進入更短波長的光譜（能量更高）時，這些能量區域只會出現在太陽耀斑和日冕附近。

從太陽最外層發出的光，也就是太陽的光球層和日冕發出的光，就是宇宙中任何物體被加熱到一定的溫度所發出的光，也就是黑體輻射，但實際上，輻射不僅僅來自太陽表面這個一個黑體，而是一些列的黑體。一些輻射來自太陽的稍內部（溫度較高），一些輻射來自稍外部（溫度較低）。這就是為什麼如果我們仔細觀察太陽的發射光譜，我們就會發現，在更高的能量下，甚至是在所有的能量下，太Sunny譜都偏離了完美的黑體輻射。

值得注意的是，雖然核聚變發生在太陽內部，能量和高能光子也在核心產生，但來自內部的能量加熱了太陽所有不同的層，包括最外層，在達到一定溫度的情況下，最外層的原子會根據相應的溫度發射光子，這就是Sunny中不同頻率光子的來源。因此太陽除了核心，外層也會發射光子。

但是太陽的核聚變只會發生在核心，不會發生在離太陽表面足夠近的地方。核心所發出的光子需要數萬年的時間才能到達我們的眼睛，而外層的光子只需要8分鐘就可以達到地球。

如果我們想看到馬上看到太陽內部此刻的生成物，我們就必須使用中微子望遠鏡。