太阳是地球表面绝大多数光、热和能量的来源，是由核聚变提供动力的。但令人惊讶的是，其中不到一半是氢与氦的融合。图片版权：public domain
【博科园-科学科普】如果从大量的氢气开始并把它聚集在一起，在它自身的重力下，它最终会收缩，一旦它辐射出足够的热量。把几百万(或更多)地球质量的氢聚集在一起，分子云最终会收缩得如此之大，以至于开始在里面形成恒星。当超过了太阳质量的8%的临界值时，就会点燃核聚变，形成一颗新星的种子。虽然恒星会将氢转化为氦，但这既不是最大量的反应，也不是恒星释放出最大能量的原因。它实际上是核融合，使恒星产生能量，而不是把氢聚变成氦。
部分数字化天空测量与最近的恒星比邻星到我们的太阳，红色显示为中心。虽然像我们自己这样的太阳类恒星被认为是常见的，但我们实际上比宇宙中95%的恒星更大，在比邻星的“红矮星”级上有3 - 4颗恒星。图片版权：David Malin, UK Schmidt Telescope, DSS, AAO
所有的恒星从红矮星到太阳到最大型的超级巨星，在其核心的核融合达到4000000 K或更高的温度。在大量的时间里氢燃料通过一系列的反应燃烧，最终产生大量的氦- 4。这种聚变反应较重的元素由较轻的元素产生，由爱因斯坦的E = mc2释放能量。这是因为反应的产物氦- 4在质量上比反应物(四个氢原子核)的质量要低。随着时间的推移这很重要：到目前为止在它的45亿年的生命中，太阳已经通过这个过程失去了大约土星的质量。
从太阳太阳耀斑到远离我们的恒星抛射物质，进入太阳系是微不足道的核聚变的质量损失，降低了太阳的总质量的0.03%的起始值，损失相当于土星的质量。图片版权：NASA’s Solar Dynamics Observatory / GSFC
但它的反应方式很复杂，不能同时有两个以上的物体碰撞和反应也不能简单地把四个氢原子核放在一起，把它们变成一个氦- 4核。相反需要通过连锁反应来建立氦- 4。在我们的太阳中有一个过程叫做质子质子链，在那里：
1、两个质子结合在一起形成一个双质子:一个高度不稳定的结构，两个质子暂时产生氦2
2、一小部分的时间,一个-在- 10000000000000000000000000000倍,这双质子衰变氘,沉重的氢的同位素
3、它发生得如此之快以至于人类只能看到最初的反应物和最终产物，双质子的生命是如此之小，以至于只能看到两个质子相互融合或者熔合成一个氘，发射一个正电子和一个中微子
当两个质子在太阳中相遇时，它们的波函数重叠，从而暂时产生氦- 2：一个双质子。几乎总是它只是简单地分裂成两个质子，但在非常罕见的情况下，会产生一个氘(氢- 2)。图片：E.Siegel/ Beyond The Galaxy
1、然后氘可以很容易地与另一个质子结合成氦- 3，这是一个更积极的(更快的)反应
2、然后氦- 3可以以两种方式进行
3、它可以与第二个氦- 3融合，产生一个氦- 4核和两个自由质子
质子-质子链最直接和最低能量的反应方式，从最初的氢燃料中产生氦- 4。注意只有氘和质子的聚变产生氦，所有其他的反应要么产生氢，要么从氦的其他同位素中产生氦。图片版权：Sarang / Wikimedia Commons
或者它可以与已经存在的氦- 4融合产生铍- 7，它会衰变为锂- 7，然后再与另一个质子融合以制造铍8，它本身就会立即衰变为两个氦- 4核。
一个更高能量的链式反应，包括氦- 3与氦- 4的融合，是氦- 3转化为氦- 4的14%。在更大更热的恒星中它可以占主导地位。图片版权：UweW. and Xiaomao123 / Wikimedia Commons
因此这些是四个可能的总体步骤，它们组成了整个“氢聚变进入氦”的过程：
1、两个质子(氢- 1)融合在一起产生氘(氢- 2)和其他粒子和能量
2、氘(氢- 2)和质子(氢- 1)融合产生氦- 3和能量
3、两个氦- 3核融合在一起产生氦- 4、2个质子(氢- 1)和能量
4、氦- 3与氦- 4相结合产生铍- 7，它衰变后与另一个质子(氢- 1)结合产生两个氦- 4核和能量
注意到一些非常有趣的也许是令人惊讶的，关于这四个可能的步骤：只有第2步，氘和质子融合，产生氦- 3，技术上是氢与氦的融合！
图片版权：NASA/JPL/Gemini Observatory/AURA/NSF
就像这里所显示的那样，只有褐矮星通过将氢转化为氦，实现了100%的聚变能量。因为氘聚变(氘+氢=氦- 3)发生在100万K的温度下，“失败的恒星”（没有被点燃的恒星）无法达到4000000 K，它们的能量只来自于它们形成的氘。
作者：EthanSiegel（天体物理学家）
来自：Forbes science
编译：中子星
审校：博科园
