我们是如何知道太阳发光原理的呢？

会里很

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原文地址：https://www.zhihu.com/question/36225750

大力水手

在浩瀚的宇宙中，太阳是无数颗恒星中很普通的一颗，但却是离我们最近的一颗。
如果你透过望远镜去看太阳，你会发现它跟我们肉眼看到的以及想象中的，都完全不一样。
因为太阳有很多爆发活动，会对地球产生影响，我们通过研究这些爆发现象的规律，能够更好地了解人类在宇宙中的生存环境。

继续前进

太阳的伟力让人惊叹，在天空中，它是最光辉最神奇的存在。然而，对于它光芒四射的来源，人类却经历了一个long long story。
最早，人类囿于认知条件，以为太阳的能源来自化学能，比如是煤在燃烧。可惜有人算过，即使不考虑太阳上的氧从哪里来，假设太阳全部由优质无烟煤组成，也只能烧二千五百年。



太阳像个大煤球吗？

还有人认为是陨石击中太阳后产生热量，但是根据天文观测，太阳系里根本没有这么多陨石。


热力学大牛亥姆霍兹是第一个提出理论性的太阳发光原理的科学家，他认为太阳上的气体物质不断收缩，把引力势能转化成为动能，然后动能又转化为热能。根据他的计算，太阳直径只要每年缩短100米，就可以补偿它的辐射损失了。可惜的是，假设太阳诞生之日起有冥王星轨道那么大，收缩到现在的大小，也只能维持2000万年。



亥姆霍兹在柏林洪堡大学门前的雕像

19世纪末20世纪初，居里夫人们在放射性研究领域的重大发现让人类接触到了原子能的巨大能量。当时人们最早认识的是核裂变能，所以卢瑟福认为太阳上有很多铀、镭等放射性物质，正是这些核物质的裂变让太阳闪闪发光。
其实，核裂变的能源相当有限，而且后来人们才认识到，太阳的组成主要是轻元素。



最早认识到核聚变是恒星能量来源的是爱丁顿先生，1920年左右，他在论文《恒星的内部结构》中写道：
1，恒星能量的主要理论，即亥姆霍兹的收缩假说，由于角动量守恒，应该会使恒星的自转明显加快。但对造父变星的观察表明，这并没有发生。（爱丁顿早期曾对不断膨胀而又收缩的造父变星小有研究）
2，唯一已知的其他可能的能量来源是物质转化为能量；爱因斯坦几年前就已经证明，少量的物质相当于大量的能量。弗朗西斯·阿斯顿（Francis Aston）最近还发现，氦原子的质量大约比四个氢原子的质量低0.8%，而这四个氢原子结合起来就会形成一个氦原子。这表明，如果这种结合能够发生，它将作为副产品释放出相当大的能量。（E=mc2在这个时候已经被人知晓，更何况爱丁顿是当时仅仅懂相对论的三个人之一）
3，如果一颗恒星只含有5%的氢，这就足以解释恒星是如何获得能量的。（我们现在知道，大多数“普通”恒星的氢含量远远超过5%。）
在接下来的几十年里，所有这些推测都被证明是正确的。



爱丁顿

不过在当时，爱丁顿很快就被打脸了，其他科学家掐指一算，根据经典物理学，需要达到几百亿度的高温，氢原子核（质子）才能克服电荷排斥力发生聚变反应。而当时了解到太阳中心温度大约为4000万度，这差距显然太大了。
关键时候，伽莫夫来救场了，他在研究阿尔法衰变的时候发现了量子隧道效应。两位科学家阿特金森和豪特曼斯把这个效应用在爱丁顿的问题上，成功帮他解了围。
有个有趣的故事，豪特曼斯和一个妹子夜间散步，妹子看到壮丽的星光，不禁感叹“星星一闪一闪多美啊！”豪特曼斯自鸣得意的说：“我刚刚知道它们为什么发光！”妹子不为所动继续欣赏星光。其实，这个妹子是阿特金森的夫人。



阿特金森（左）和豪特曼斯（右）最早证明恒星核聚变可行，私下里也有一段扯不清的情感纠葛？

阿特金森和豪特曼斯只是证明了恒星内部的核聚变可行，第一条恒星内部的核反应路径是1938年贝特和维兹泽克找到的——碳氮氧循环（CNO cycle）。
碳12原子核与一个质子（氢原子核）聚合生成氮13原子核，这是一种很不稳定的同位素，它很快发生β衰变，生成碳13原子核，碳13再碰到一个质子生成氮14原子核，这就是氮元素的主要由来。但是在CNO循环中，氮14原子核还继续反应下去，和一个质子碰撞生成氧15原子核，氧15也很快发生β衰变，生成氮15原子核，氮15再跟一个质子碰撞，这次生成一个碳12原子核和一个α粒子（氦4原子核）。
碳氮氧循环在1500万度左右就开始启动反应，两位科学家因此而获得了1967年诺贝尔物理学家。



转了一圈，碳12还是碳12，但是这个循环相当于把4个质子（氢1原子核）变成了一个α粒子（氦4原子核）。碳、氮、氧原子核相当于是这个循环的“催化剂”，其实，只要有碳氮氧的其中一种就可以启动该反应。

问题又来了？宇宙大爆炸只“轰”出了氢氦锂三种元素，那么最早的碳氮氧从哪里来的？这不是先有鸡还是先有蛋的问题啊，这是根本没有鸡蛋也能生出小鸡的问题啊！
这问题科学家们早就想到了，就在1938年稍晚点，贝特和克里奇菲尔德就发现了另一条核反应路径：质子-质子链（p-p链）。原来，在没有碳氮氧的情况下，氢核（质子）也可以聚变。
p-p链有好几种分支，主流的p-p链分三步走：
1，两个氢核（质子）碰撞生成一个氘核，释放出中微子和正电子
2，这个氘核与另一个氢核碰撞生成氦3，
3，两个氦3碰撞，生成一个氦4核和两个氢核。
p-p链在400万度就可以启动，我们的太阳中主要是p-p链反应，碳氮氧循环只占1.4%。而在超过1.3倍太阳质量的恒星内部，碳氮氧循环才会占据主导作用。



质子-质子链（p-p链）

卡卡

要回答这个问题，我觉得应该分别回答以下两个问题：
1、太阳的能量来源是什么？
2、有了能量为什么就会发光？

前面的答主基本已经讲清楚了第一个问题，太阳能量来源的本质是核聚变。有了核聚变，就有了足够的、持久的能源。那么，有了能量如何才能发光呢？或者说，是那些机制造就了我们现在看到的太阳的光谱呢？
<hr/>太阳辐射光谱

下面这幅图（来自维基百科），是一幅典型的太阳辐射光谱图。其中黄色的是太阳本身的辐射光谱，红色的是海平面上接收到的辐射光谱。由于地球大气层的吸收、反射、折射等一系列因素，整体上红色的辐射功率比黄色的要低。同时，大部分的紫外，以及特定波段范围的可见光以及红外辐射，由于臭氧、水和二氧化碳等分子的吸收，也没了。


有意思的是，太阳本身的辐射光谱，尤其是可见光波段和红外波段的部分，基本上可以用一个温度是5800开尔文的黑体辐射曲线对应。所以，我们才会说，太阳表面的温度大概是5800开尔文。
更详细的太阳辐射谱示意图，可以参考Pasachoff & Kutner, 1978, "University Astronomy"或者林元章《太阳物理导论》图1.7.
黑体辐射

这是有了能量之后，太阳发光的主要机制。任何温度高于绝对零度的物体，都会不停地吸收和发射电磁波。一个物体发射的电磁波的最大亮度存在一个极限，这个极限由维恩位移定律决定：

太阳光谱的峰值波长是497 nm（所以，当别人问你太阳是什么颜色的时候，你可以装逼地说，虽然太阳是黄矮星，但是它是绿色的），带入上面的公式，可以得到太阳黑体辐射的温度，大约是5800 开尔文。
仔细观察上面的图像，可以看出来，实际上太阳的辐射，并不完全等效于5800开尔文的黑体辐射—— 有些地方略高、有些地方很低，同时，很多地方存在这局部的谷。通过分析这些不同的观测特征，我们就可以推测出太阳不同区域不同的发光机制（以下内容部分参考林元章《太阳物理导论》）：
小于150nm的连续谱和发射谱

这个波段范围也很有意思（误，哪个波段范围没有意思？）这个波段，已经到达了极紫外（EUV）。在这个波段范围内，太阳5800度的黑体辐射连续谱已经比较弱了，弱到太阳色球层和日冕的连续谱都可以比它大了。其中100-150nm的连续谱主要来自色球层，而100nm以下的连续谱主要来自日冕。来自日冕的连续谱，基本与温度是1百万度的黑体辐射吻合，这也是为什么我们会知道太阳日冕的温度可以高达1百万度的其中一个原因。
除了黑体辐射，由于日冕和色球层的高温状态，很多原子的电子都被激发到更高的能级或者被剥离变成了自由电子。这种电子被剥离的状态，称为等离子体态。这些被剥离的电子，通过发生一系列不同的跃迁，产生了一些很弱很弱的连续谱：

• 自由-束缚跃迁：一个自由电子被原子捕获变成了束缚态，在这个过程中会发射光线。由于自由电子的速度（能量）是连续分布的，所以，这个过程产生的光线也是连续的。
  
• 自由-自由跃迁：一个自由电子被附近的原子影响，改变了运动方向或速度，发射的光线。很显然，这个过程产生的光线也是连续的。
  
• 汤姆逊散射：当电磁波照射到电子时，电场会改变电子的运动模式，使得电子发射出同频率的光线。
  

在日全食的时候，我们之所以能够看到白光日冕，主要就是得益于散射：自由电子和星际尘埃对太阳光球连续光谱的散射。比如下图，是2009年长江流域日全食的时候，在紫金山天文台和中国科学技术大学组织的联合观测活动中其中一个观测点拍的图像（下图的原始图像来自宜昌观测组，当时操控望远镜拍摄的人就是我）, 版权归紫金山天文台和中国科学技术大学所有，转载请注明出处，转载时请勿修改原图：


在这个波段范围内，除了不怎么强的连续谱，还有相对很强的发射谱。所谓发射谱，就是电子从一个束缚能级态跃迁到另一个束缚能级态，发射出特定波长的光线。所以，这种机制造成的光线是不连续的。观测上则表现为较弱的连续谱上有一个一个相对孤立的突起。
先去吃饭……
吃饭回来了……
观测太阳日冕时，常用的发射线是极紫外波段的Fe的各种能级之间的跃迁。因为地球大气紫外波段的强烈吸收，所以，所有的极紫外太阳观测望远镜，都是放卫星来的。下图是美国NASA SDO望远镜上的17.1nm宽频波段拍摄的今天的太阳日冕图像（图像版权NASA）：


X射线

如果波长继续降低，低于10nm的话，我们就来到了X射线和 射线的波段。按照太阳上爆发活动的能量来说，很少看到 射线。但是X射线还是很常见的。所谓X射线，就是医院里的X射线机发射出来的你看不到的光线。
X射线对应的电子的能量非常高（100eV到100keV），光线的波长也很短。平时太阳日冕中，并不是所有电子都可以被加速到这个能级。但是这个比例在活动区中就会比较高。同时如果发生了比较大的耀斑，电子就会很快被加速这个能级，从而在短时间可以发射大量X射线。比如美国GOES卫星探测太阳耀斑发射的X射线波长主要是0.1-0.8nm的硬X射线。而日本的SOT上的X射线望远镜XRT，就是软X射线的。反正不管软的硬的，都是X射线……
下图是SOT的软X射线望远镜XRT拍摄的太阳图片（版权归NAOJ）：


150nm到200nm

这个波段我了解的不多，主要还是光球连续谱的光线，但是却同时叠加了色球层的发射线。下图是SDO卫星AIA 160nm波段观测到的太阳，主要看到的还是光球层的连续谱，以及过渡区（色球层和日冕之间很薄的区域）中C IV发射线（图像版权NASA）:


200nm到0.01mm的连续谱和吸收谱：

上面的图就是这个波段范围的一部分。在这个波段范围内，主要是太阳光球层产生的连续谱。你抬头看天，眼瞎之前看到的太阳，其实就是太阳的光球层。低于光球层的部分，你看不到。高于光球层的部分，利用特殊手段（比如白光下光球遮挡或者特定波段观测），可以看到。连续谱上的局部比较弱的地方，是由于光球层发的光，在路过太阳更高层大气（色球层和日冕）的时候，特定的波段被吸收了。
举个栗子，比如由于色球层中氢原子能级跃迁656.2nm波段( )对光球层同波段辐射的强烈吸收作用，我们经常会利用这个波段来对太阳的色球层进行观测。比如下面这幅图，是GONG计划中美国国家太阳观测站的 望远镜看到的今天的太阳色球层。


觉得不过瘾的话，送你们一张我一个月前，利用办公室里的10cm口径 望远镜拍的太阳。图中左下角的一圈亮光，是我办公室的双层玻璃导致的（版权归个人和单位所有，转载请注名出处，转载时请勿编辑图像）：


所以，我们应该感谢这些连续谱上突然出现的吸收谱线。不然的话，眼瞎了也看不到上面那么清楚的细节。 这个波段是个红色的波段，地球大气对它几乎没有什么吸收，所以用的比较多。如果你直接盯着一个 望远镜的目镜，你会看到一轮红彤彤的太阳。类似的波段还有一些，比如Ca的K线和H线，也是地面望远镜用的比较多的观测波段。
1mm以上的射电辐射：

基本上，毫米波和厘米波主要来自色球层，而分米波和米波主要来自温度更高的日冕。这些射电辐射的主要来源仍然是黑体辐射。
下图是花了12个小时对太阳表面的不同区域进行扫描，得到的全日面的射电观测图像。可以看出来，相比要于其它区域，活动区的射电信号明显很强。图片来自NRAO 5GHz（波长6cm）射电望远镜：


除了连续谱的射电信号，在太阳爆发事件中，也会产生增强的射电信号。这些增强的射电信号，称为射电暴。射电暴的分类大致有5类，常见的是III型和II型射电暴，分别是太阳耀斑和日冕物质抛射的行星际激波加速电子导致的。下图是分别是LASCO卫星观测到的日冕物质抛射以及WIND卫星观测到的对应的II型和III型暴（图片版权NASA）：


我几年前第一次看到右边这幅图的时候的感觉就是：什么鬼？太阳在哪里？亲娘都不认识了！
其实在这些观测里，我们把太阳当成了一个点光源。右图的横轴是时间，纵轴是电磁波频率。说白了，右图表示的是，太阳这个点光源在不同的电磁波段亮度随时间的变化。
<hr/>至于，为什么我们会知道太阳以上的发光机制？

猜的！

利用合理的物理机制去猜，猜完了再去用大量的观测去验证。最后跟观测符合的最好的，就是主流相信的机制；而符合的不好的，就没人信咯……

长长的路

谢邀。这是一个很有趣的问题。

要了解太阳发光原理，第一个关键问题是太阳由什么构成？
太阳光本身就包含这个信息。从牛顿第一次用棱镜将太阳光分成七色开始，太阳光的光谱分析就是太阳研究的重点。十九世纪初，光学大师夫琅禾费发明了光栅，人们得以更加细致的研究太阳光谱。光学家夫琅禾费在研究中发现，太阳的光谱中出现了一系列的暗线，而且数量相当多，有五六百条。
这些暗线是什么？本生和基尔霍夫在随后的实验中发现了光谱中的暗线是由于光源和观测者之间存在着可以吸收特定波长的气体。他们在光源前面燃烧纳盐，发现光谱里出现波长在589.0,  589.6 纳米的两条暗线。 而他们在太阳光谱的同样波长位置也能够发现两条暗线。这就说明太阳的大气中很可能存在钠元素。这么一来，通过对比太阳光谱中谱线的位置，和地球上的元素产生的谱线，我们就可以知道，太阳上的元素种类。甚至也可以知道不同元素之间的比例。人们发现太阳上的元素种类好像并没有什么独特的，地球上都可以找的到。但它们之间的比例和地球上很不一样。1925年，Cecilia Payne-Gaposchkin证明了太阳上最重要的元素也是自然界最简单的元素——氢。




太阳光谱中的夫琅禾费暗线。这些暗线代表在太阳发光区域和观测者之间有吸收光线的元素。https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fraunhofer_lines.svg

那么这些元素和地球上的元素种类差不多，为什么它们能够发出强光，而地球上的元素没有呢？开尔文和亥姆霍兹首先提出了一个假设，说这是因为太阳非常的大。这样它的物质在向引力中心下落的过程中，引力势能可以转化为热能发光。我们今天知道太阳在形成初期确实有一段时间是这么发光的。但是问题在于，如果太阳今天发出来的光都来自于引力能的话，那么太阳的引力能大概能够提供2000万年的太阳能源。可是在亥姆霍兹和开尔文的时代，地质学家已经发现很多地质化石有上亿年的历史。所以引力收缩是不可能供给太阳所有的能源的。

另一个假说来自卢瑟福，他是原子结构理论的奠基人。他提出虽然太阳大气里的地球上的元素种类差不多，但是在核心处可能存在大量的天然放射性元素，这些元素的衰变能量可以支持太阳的能源。但是需要多少放射性元素来提供能量，卢瑟福没有给出答案。计算这种能量的供给需要用到爱因斯坦在稍后才提出的质能转换方程 。

而且，卢瑟福的理论也是错误的，衰变产能的效率太低，而太阳中并没有足够的放射性元素。爱丁顿是第一个正确的给出太阳产能方式的人，他指出太阳中心的压强和温度都足够高，可以发生氢原子核聚变成氦原子核的过程，并且放出大量的热。聚变的产能效率非常的高，太阳只需要在核心中一小块发生这种反应就可以足够提供能量的输出。同时因为核聚变反应只在核心发生，这也给了太阳稳定的机制。当核聚变产能过多，太阳可以微微的膨胀，使得核心压力和温度下架，减少核聚变产能。反之亦然。不过爱丁顿并没有写出太阳核心完整的反应链。部分的归功于氢弹的核武竞争，人类对于核聚变的理解在二战后非常深入，出现了一批对于核物理非常熟悉的科学家。太阳中心的反应链今天对我们来说已经不是秘密，这些工作由 Chandrasekhar, Hans Bethe, Fowler, Hoyle等人逐渐完善。

他们有没有可能是错误的呢？不能说没有。但这套模型已经在包括太阳在内的大量恒星上经历了验证。只要我们知道一颗恒星的光谱，依据恒星的发光理论，我们就可以计算它的亮度。对于像太阳这样稳定，独立的恒星，这种计算结果和观测数据非常的吻合。

大力水手

一步一步来，有空再多写点细节。
1. 测定地球周长
古希腊时的天文学家已经知道地球是圆形了。亚里士多德给出了三项主要的证据：
a. 越向北走，北极星越高，越向南走北极星越低，还能在南方看到一些以前看不到的星。
b. 海上驶来的帆船，最先看到桅杆尖，近一点逐渐能看到船身，最终能看到整个的船。
c. 月食时遮挡月亮的影子边缘是圆形。
埃及的阿斯旺有口很深的枯井，每年夏至的中午太阳会照到井底，说明这时太阳在阿斯旺当地的天顶正中。这口井当时就是个著名的旅游景点。
     埃拉托色尼在阿斯旺北边的亚历山大港竖了一根直杆，在夏至这天测量影子长度，计算出亚历山大港的太阳倾斜角大约7度多一点。亚历山大港到阿斯旺的距离是800多公里，因此地球的周长就是800*(360/7)=40000公里左右。
    埃拉托色尼当时计算出地球周长为25万斯台地亚，现代人考证的结果，从38000公里到46000公里不等，总之在当时已经是相当精确的结果了。与秦始皇统一中国差不多同时。
可惜后来埃拉托色尼的结果被遗忘了，再之后的测量都偏小，比如哥伦布的航海资料上地球周长大约是18000公里。哥伦布至死都认为他到达的是亚洲的东部边缘，因为从里程上看就是如此。
2. 日地距离
月球从初亏到食既时，走过的距离是一个月球的直径；从初亏到生光时则走过了一个地影的直径。比埃拉托色尼晚几十年的依巴谷观测月全食时发现，如果月全食的角度很正，那么这两者的时间之比是1:3，因此月球直径是地球的1/3(实际是1/4多一点)。他的错误在于，虽然太阳离地球很远，但不是无穷远，太阳光在这里不能作平行光考虑，因此在月球轨道处的地影宽度不等于地球直径，而是比地球直径细一些。
依巴谷还算出月地距离是地球半径的60.5倍(实际是60.3倍)，太阳直径是地球的12倍(实际是109倍), 日地距离是地球半径的2500倍(实际是23500倍). 依巴谷用到的几何原理没有问题, 主要是他的观测精度有限.
ps. 三角函数一般认为也是依巴谷发明的，发明三角函数的目的就是作天文计算。
    更精确的日地距离可以用金星凌日法来计算, 所谓凌日就是水星或金星在太阳前面经过, 会看到太阳上有个小黑点。原理稍微复杂些, 不过有中学几何知识就能看懂. 根据1769年金星凌日的观测数据, 法国天文学家杰罗姆 · 拉朗德计算出日地距离为1.53亿公里(现在的数据是1.496亿公里).
3. 太阳大小和体积
   有了日地距离很容易计算. 太阳的视角大概0.53度, 因此太阳直径为
，体积为。
4. 地球质量
   卡文迪许用扭秤实验测得了万有引力常数，不用介绍了吧？进一步得到了地球质量大约为。
5. 太阳质量
   根据开普勒的行星运动定律可以算出太阳质量。行星运动周期可以表示为：
，其中是轨道周期，a是轨道半长轴，G是万有引力常数，M是太阳质量。现在除了太阳质量之外的数据都有了，可以算出太阳质量是。
6. 太阳常数
   根据单位面积上的太阳光强度可以计算出太阳辐射的总能量。最简单的办法就是用太阳能加热水，测量水的温度变化。1837年左右测得的太阳常数是现在的一半左右，因为没有考虑空气对太阳辐射的吸收。1902年左右查理斯 · 艾博特测得的数值是，已经和现在的值很接近了。前面有日地距离为1.5亿公里，因此以日地距离为半径的大球总表面积为，再乘以太阳常数，可得太阳辐射的总功率为。
7. 如果是化学能，太阳能维持多久？
前面有太阳质量是，假设太阳全部由煤组成，煤的燃烧热按计算，这些煤的总燃烧热为，不考虑氧气之类。除以前面的太阳辐射功率，可得这样的能量输出强度能维持，也就是大约5200年。如果是其他形式的化学能，数量级也不会差多少。
8. 地球的年龄
以前人们长期认为地球年龄只有几千年, 比如牛顿曾经根据圣经计算出地球年龄有6000年多一点, 和牛顿差不多同时代的爱尔兰首席主教詹姆斯 · 乌瑟甚至精确算出上帝创造世界是在公元前4004年. 后来对地质学、古生物学的研究逐渐指出, 地球的历史远远不止几千年, 上万年, 至少也有几百万年到几亿年. 这就和前面太阳靠化学能只能发光发热几千年的结果相矛盾.
****** 本段感谢Close Tony的指正 ******
放射性元素的衰变则为地球年龄的测量给出了可行的方法. 有些矿物比如锆石，晶体结构决定了它在形成过程中会有少量的铀混入，而铅是不会混进来的。而铀会衰变成铅，因此这些矿物中微量的铅应该完全是铀衰变的产物，精确测量铀和铅的比例就能得到矿物所在岩石形成的时间。居里夫人的年代已经初步知道地球年龄至少有几亿年。1953年, 克莱尔·帕特森用质谱法精确测量陨石中的铀/铅同位素含量, 得到地球年龄为45.5+/-0.7亿年。因此，太阳的能量不可能是由化学能提供的，除了核能没有其他的解释。
顺便说一下，帕特森是位大英雄。他发现到处都有铅，给实验带来很大误差，于是他发明了超净室。然后他到世界各处采样化验，发现地球上哪里都有铅，但深海里的铅比浅海里少很多，说明铅可能是比较晚近时才扩散到全球的。再到格陵兰、南极等地的冰层钻探，检测结果显示冰芯里的铅基本是从工业革命开始才有的，从1923年开始大幅度增加。原因很明显，作为汽油添加剂的四乙基铅是1923年发明的。
这时帕特森有大麻烦了，作为地质学家，科研经费都是石油公司们赞助的。四乙基铅的事曝光以后，他的经费全被砍了。帕特森又和石油巨头们斗争了几十年，终于成功废止了四乙基铅。
9. 太阳的产能途径
根据对太阳光谱的分析，太阳表面成分主要是氢和氦，还有很少数的其他元素。事实上全宇宙差不多都是这个比例，75%的氢，25%的氦，极少量其他元素。也就是说，太阳的能量要么是从氢，要么是从氦来的。1930年前后，爱丁顿、伽莫夫等人提出了太阳的核聚变模型。当时的科学家们提出了两条可能的反应途径：
a. 两个质子先碰在一起，经过一段时间，其中一个质子衰变成中子，放出一个正电子和一个电子中微子，于是形成一个氘核。氘核再和一个质子碰在一起形成一个氦3核。
然后有三种可能的路径：pp1. 两个氦3核碰一起，变成一个氦4核，再放出两个多余的质子。
pp2. 一个氦3核碰到一个氦4核，变成一个铍7核，铍7核与一个电子再碰一起变成一个锂7核和一个电子中微子，锂7核再碰到一个质子，变成两个氦4核
pp3. 铍7核直接与一个质子碰一起，变成一个硼8核，硼8核衰变成一个铍8核，并放出一个正电子和一个电子中微子。然后铍8核分裂成两个氦4核。
所有三个途径最终的结果是一样的，四个质子聚变成一个氦4核，放出两个正电子和两个电子中微子。pp3在太阳的能量来源里只占千分之一，但它非常重要，因为pp3过程中放出的电子中微子能量很高，因此比较容易被检测到。
b. 碳12碰到质子，依次变成氮13、衰变成碳13、再碰质子变氮14、再碰质子变氧15、衰变成氮15、再碰质子变成碳12加氦4。这个过程叫碳氮氧循环，总的反应一样是四个质子聚变成一个氦4核，放出两个正电子和两个电子中微子。碳氮氧循环在太阳上比较不重要，越大的恒星则碳氮氧循环的比例越高。
以上的反应途径是科学家们经过大量的计算和仿真得到的，可不是一拍脑门瞎编的。下面就说如何验证。核反应中释放的能量大部分以高能光子的形式释放，极小部分则由中微子带走。高能光子在致密的太阳核心区域会不断地被吸收再释放，再吸收再释放，需要几百万年才能到达太阳表面，能量不断降低，最终变成我们看到的太阳光。
但是中微子则很难与物质发生相互作用，会直接穿出太阳，要几光年厚的铅才能把中微子挡住，因此我们可以直接检测到太阳核心释放的中微子。
某些原子核，比如氯37，有稍微大一点的概率与pp3反应途径的高能中微子反应，生成氩37和一个电子。用含大量氯的液体就可以捕捉到几个中微子。60年代按这个原理在美国建立了一个探测器，用了几百吨四氯乙烯，结果探测到的中微子只有理论计算值的1/3左右。
可能的解释有两个，要么太阳内部核反应的模型是错的，要么太阳核心产生的电子中微子在来到地球的半路上发生了振荡，变成了另外两种，子中微子和子中微子。
1999年在加拿大的萨德伯里建成了另一个中微子探测器，能探测到全部三种中微子，这三种中微子的总数加起来与太阳内部模型的计算值，完，全，符，合。
萨德伯里的主任因此获得了今年的诺贝尔物理学奖。
如果题主还想知道得更具体些，随便找本天体物理方面的书，里面都会有。