太陽發光近50億年，其源源不斷的能量是哪兒來的？
出品|網易科學人欄目組 木秀林
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網易科技訊10月29日消息，據美國媒體報道，太陽持續不斷地發光，是由內部連續核反應產生的，在這些核反應中，4個質子聚合生成1個氦-4原子核，並伴隨釋放出2個電子中微子和大量能量。科學家建立的模型暗示，太陽釋放出的核能99%來自3個反應序列，統稱質子-質子鏈反應，由2個質子聚合引發。
Borexino實驗室發表論文稱，根據對2000多天收集的數據進行分析，科學家首次完整測量了源自這3個序列的中微子通量。這些分析結果幫助人類更好地了解太陽發光的方式和原因。中微子與其他物質的相互作用力很弱，因此可不受阻礙地從太陽內部逃逸出來，經過8分鐘旅行後到達地球。從太陽中微子中，可以直接了解太陽內部核反應情況。
Borexino試驗檢測了這些中微子，科學家用一種稱為熒光劑的有機液體作為檢測劑，與中微子發生反應，測量由此產生的光量以測定中微子攜帶的能量。與所有其他太陽中微子試驗不同，Borexino可測量高能和低能中微子攜帶的能量，從而使利用中微子光譜學技術研究太陽內部結構成為可能。
電子中微子在達到地球前，可變為2種其他類型的中微子，即Tau和Muon中微子，這種現象被稱為中微子振蕩。相比Tau和Muon中微子，Borexino的試驗對電子中微子更為敏感，因此在測量的中微子通量用於計算太陽產生的通量時，需要考慮中微子振蕩。考慮到這點，科學家利用測量的中微子通量，計算出太陽內部核反應產生的總能量。
科學家們發現，測量到的光子量與中微子通量相同，因此說明太陽的能量來源是核聚變。新發現也對中微子物理學帶來有趣的影響。通過將這些數據與標準太陽模型的預測結合起來，合作者確定了質子-質子鏈反應產生的中微子存續幾率的數量。新研究成果也為解釋太陽物理學中長期存在的一個問題提供了線索，這個問題是由於無法很好地確立太陽化學構成而引發的。
最近對太陽金屬丰度進行的完整光譜測定產生的值，比以前的光譜分析結果低了35%。有趣的是，當使用更低值金屬丰度構建太陽內部數量模型時，模擬的情況與已知的太陽內部結構不一致。但使用以前的金屬丰度值，模擬情況非常吻合。然而，Borexino試驗測定的質子-質子鏈反應3個不同序列的結果，可用於測定太陽內部的溫度。Borexino的發現表明，內部溫度與使用高金屬丰度的模型所預測結果一致。
不管怎樣，Borexino試驗可能在未來提供明確的答案。太陽能的1%是通過碳氮氧循環的核反應鏈所產生，這些循環受碳、氮和氧的催化作用，因此它們的效率完全依靠太陽的金屬丰度。如果與碳氮氧循環有關的中微子通量可被測量，那麼這些元素在太陽內部的數量也可測定。
但目前這些測量很困難，因為鉍210的發射性衰變產生了背景輻射。通過改進裝了液體熒光劑的容器後可解決這個問題。檢測碳氮氧循環的中微子不僅可測定太陽的金屬丰度，還可直接證明自然界存在碳氮氧循環。這很重要，因為碳氮氧循環被認為是其他恆星產生比太陽多很多的能量的主要物理過程。
困擾天體物理學的另一個大問題是，恆星能量的產生和消失是否存在非標準物理過程。如果存在，那麼太陽的核能產生速度與亮度（太陽表面以光子形式輻射的能量總和）之間存在不平衡。太陽核反應產生的能量測定精度需要提高10倍至1%，以進行非標準粒子物理學試驗。Borexino還達不到這種精度，但未來的大規模中微子和暗物質探測器可做到。
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