太阳是太阳系家族中的核心成员，是太阳系家庭的中心。太阳的生死存亡直接关系到太阳系整个家族的生死存亡。
从地球上望去，太阳是处于太阳系中心处的一团熊熊烈火。实际上，太阳是处于高压状态下的气团的热核反应——又称等离子体星球。
1.太阳的天文参数与特点
太阳是发热发光的恒星，它是由处于热核聚变反应的高压气体所形成的硕大星体，其内部压力达3000亿个大气压，因此虽然它是气体，可它的密度却比铁还要大得多，简直不可思议。太阳中心温度高达摄氏1500万度，表面温度达6000℃。太阳的直径达1388878公里，是地球直径的109倍。质量是地球的33.34万倍，为1.989×1027吨。太阳质量之大，是太阳系中所有行星质量之和的745倍。太阳距地球的距离为14960万公里（1个天文单位），是地球到月亮的距离（38万公里）的389倍。这样，太阳的大小约是月球的400倍。而距离又比月亮距离地球大约400倍，这个奇妙的比例使我们看起来月亮和太阳几乎一样大。
当地球、月亮和太阳处于一定位置时，在地球上会看到日食、月食、日环食、日偏食以及月偏食等天文景观。日食时还可以观察到日面上的日珥、日冕、耀斑等奇妙现象。其景观十分壮丽。
2.太阳的基本成分是什么
根据科彻霍夫的有关光谱的研究成果，可以肯定，如果太阳光畅通无阻地传播到地球表面，我们就可以同时接收到太阳光的原始光谱，太阳光在传播过程中将穿过稀薄的大气层，虽然大气层的温度依然很高，但已低于太阳表面温度。因此，大气层将吸收一部分太阳光，从而在光谱中形成暗区，这一切都由科彻霍夫进行了验证。这样，根据暗区在光谱中的位置，就可求出存在于太阳大气层中的各种化学元素。
瑞典物理学家安德斯·琼斯·安格斯特姆是第一位涉足这一领域的科学家。1862年，他指出太阳光谱中某个范围内的暗区位置与太阳光穿过氢气后形成光谱中的暗区相吻合，这一发现表明太阳上含有氢元素。
此后，其他科学家也开始了这方面的研究。至今，我们已经知道太阳质量的3/4是氢这种最简单的元素，而其他1/4中的绝大多数是氦。经计算，氢和氦占了太阳质量的98%。
除氢和氦以外，在10000个太阳大气原子中，含有43%的氧、30%的碳、9.5%的氖、6.3%的氮、2.3%的镁、0.52%的铁和0.35%的硅，除此之外，还含有8%左右的微量元素。这一发现完全推翻了亚里士多德时代人们有关太阳的基本化学成分不同于地球的理论。时至今日，我们已经知道了宇宙中任何天体的化学成分都与地球类似。
3.太阳结构充满了待解之谜
太阳大约诞生在40～50亿年前，是冷却的星际物质构成。后来由于物质密集引力加大而造成了热核聚变反应，形成一个硕大的高温气团。太阳光耀夺目，几乎全由气体组成。中心部位的气体密度比铁还大13倍。太阳表面有暗区——称为黑子，温度约4500℃。较大的黑子区直径比地球大几十倍，黑子大小和数目每11年变化一次。太阳有一层彩球层，相当于地球的大气一样，厚达1～2万公里。彩球层时常向外喷发出高达数万公里的红色火焰。这种火焰，有时像浮云一样飘荡在彩层区上空，叫日珥。日珥并非像耳，而是指高温气团，有各种形状。彩球层之外，还有一层很薄的高温大气，称为日冕。日冕的温度高达摄氏100万度。日食时，人们用肉眼就可看见日冕发出的珍珠般的白色光芒，十分壮观。但为什么日冕温度如此之高，令天文学家们感到疑惑，也是一个待解之谜。
太阳的赤道直径是139.2万公里，是地球赤道直径的109倍。太阳体积是地球的130多万倍，是最大行星——木星的千倍，约是九大行星体积总和的600倍。太阳的质量也非常惊人，约2000亿亿亿吨，其中氢约占71%，氦约占27%，其余几十种元素加在一起，才占太阳总质量的约2%。太阳质量是地球的33万多倍，是木星质量的1000多倍，占太阳系全部天体总质量的99%。如此庞大的太阳以其强大的引力“迫使”大、小行星们和它们各自的卫星，以及彗星等天体，都绕着自己转，同时，它也带领着太阳系全体成员以每秒约19.7公里的速度向着北天武仙座中的所谓“太阳向点”运动，并以每秒200多公里的速度绕着银河系中心旋转。
太阳不间断地辐射出巨大的能量，产生光和热。功率达3826×1020千瓦。我们的地球只吸收到太阳能量的1/22×10——3，就是这“微不足道”的能量竟然相当于100亿亿度电力。可见，太阳所发射出的总体能量是多么巨大。
4.日冕：不仅仅是臆想的美丽
当发生日全食时，月亮会在太阳表面投下一个被灰蓝色光环围绕着的圆盘状阴影，这一灰蓝色的圆环即称为日冕，它常被描述成异常绚丽的飘带。起初，天文学家们还无法确定这种灿烂的光芒到底是来自太阳还是月亮，但他们很快就找到了答案，即来自太阳。
所谓“日冕”的光芒实际上来自于太阳的外部大气层，其亮度只有太阳本身的百万分之一，因此只能在发生日食时才能被看到。日冕产生的光辉只有整个月球反射太阳光的一半，在发生日食时，正是日冕发出的光芒才未使整个世界陷入一片黑暗。
1931年，法国天文学家博纳德·弗第南德·李奥特发明了日冕仪，这一发明使人们在阳光普照时也能够对日冕产生的光线进行观测。在这一仪器的帮助下，我们最终发现日冕是太阳的一部分。
当时，人们在对日冕进行研究时发现，日冕产生的谱线并不属于光谱中的某一范围。1868年，法国天文学家皮埃尔·J。C。詹森在印度对一次日食进行观测时，曾对日冕谱线进行了记录，并将记录寄给了英国天文学家约瑟夫·诺曼·洛克伊尔，他是一位公认的光谱学专家。通过认真的研究，洛克伊尔认为这些谱线意味着在太阳大气中存在一种未知的新元素，他将其命名为“氦”，这个称谓在希腊语中意思是“太阳”，也就是“太阳中含有的元素”的意思。不过，这个论断没过多久就被推翻了。1895年，苏格兰化学家威廉姆·雷姆塞发现在地球上同样存在“氦”。而“氦”是已知的惟一一种最先被发现于地球以外的天体上的元素。
日冕还产生其他一些奇特的谱线，但这并不意味日冕中还存在什么未知的元素。反之，这些谱线说明日冕中所含元素的原子中都含有不同数量的电子，而在高温条件下，某些电子将脱离原子的束缚。1942年，瑞典物理学家本杰特·爱德兰认为日冕中的某些特殊谱线是铁、碳和镍原子在失去电子的情况下产生的。日冕的温度很高，其数值达百万数量级，这并非臆想，而是以日冕发射的高能量X射线为依据的。
日冕并没有突出的边缘，而是不断延伸，逐渐与整个太阳系融为一体，并在延伸的过程中逐渐减弱，直至对行星的运动无法构成任何影响为止。太阳蕴含的热量将驱使带电粒子沿不同方向向太阳外部迸射，美国物理学家尤金·纽曼·巴克尔于1959年时曾经对此作出预言。1962年，“水手-2号”探测器升至太空抵达金星时所探测到的结果验证了这个预言。
这种带电粒子的迸射被人们称为“太阳风”，其速度为400～700公里/秒。“太阳风”的作用使各个彗星的尾部均指向背离太阳的方向。同时，构成“太阳风”的带电粒子还会不断撞击各个行星，而且如果行星上具有南北极（正如地球上那样），那么带电粒子将由其北极向南极运动。
1958年，以美国物理学家詹姆斯·奥福瑞德·万·奥兰领导的一个研究机构发射了一颗科学卫星，并利用它最先发现了地球附近来自太阳的带电粒子。最初，这些带电粒子被称作“万·奥兰带”，就是现在所说的“磁球”。人们一度认为这些“带子”会给航天工作带来干扰，但后来发现并不是这样。
这些带电粒子于地球两极附近泄漏到地球大气层里，并通过与地球上的各种分子相互作用产生极为绚丽的极光现象，根据地点不同在北极出现北极光，在南极出现南极光。
5.引发磁暴的神秘“太阳火”
1859年，英国天文学家理查德·克里斯托弗·凯瑞顿曾观测到太阳表面发出了某种星状的光芒。起初，他曾将其当作是一颗与太阳相撞的彗星，而实际上，这是天文学史上第一次有关“太阳火”的记载。
1889年，美国天文学家乔治·爱里瑞·黑尔发明了一种利用光谱学对太阳光进行研究的方法。这一发明使他很轻易地捕捉到了发生于太阳表面的爆炸现象，并通过研究证实了这种爆炸并非是彗星与太阳相撞的结果，而是与太阳黑子的运动密切相关。我们还不清楚“太阳火”的真正起因，也无法对其进行预测，但相对而言，“太阳火”的的确确具有比太阳体更高的能量。太阳黑子的温度比太阳其他部分的温度要低（这正是它们看起来比较暗的原因），但它们与“太阳火”之间密切的联系却说明太阳上出现的太阳黑子越多，太阳本身的活动就越频繁，同时蕴含的能量也就越多。
“太阳火”产生了大量具有高能量的“太阳风”灰尘。如果“太阳火”产生于日轮附近，同时其传播方向指向地球，那么它所蕴含的高能电子将于一天内到达地球，并在两极附近进入地球的大气层。其结果是形成所谓的“磁暴”，从而形成大范围内绚丽的极光现象，另一方面又使指南针的工作和无线电波的传播陷入了一片混乱。
如果宇航员在没有任何保护措施下接触到这些蕴含有高能量的“太阳风”灰尘，那么他们将死于由此而引起的放射性疾病。虽然至今尚无这类事件发生，但其威胁依然存在。
6.太阳为何会出现黑斑
在某些情况下，如太阳掩映在乌云之后的时候，以及在黄昏时分，阳光在穿过晚霞之后变得较为暗淡时，人们便有可能直视太阳。有时便会发现，太阳的表面呈现出一些“黑斑”。中国的天文学家们对此进行了长期的观测，并做了详细的记录，无独有偶，欧洲的天文学家们也注意到了这一点，但他们却从来未做任何记录，当时人们将这些遍布太阳表面的“黑斑”视为对太阳所象征的天主的侮辱，而究其原因，最简单的解释就是视觉错觉。
直至1610年末，伽利略利用天文望远镜进行观测时发现这些“斑点”的的确确是存在的，他还根据这些“斑点”在太阳表面位置的缓慢移动，计算出太阳的自转周期为27天，当然，这一发现引发了一场大争论，神学家以及教皇对太阳上的“斑点”感到恐惧，但是事实毕竟是事实，伽利略最终赢得了胜利并使对手也不得不承认这一点。
确切地说，太阳上的“斑点”并不是黑色的，它们只不过与太阳其他部分相比暗一些而已。当金星和水星运行到与地球和太阳成一条直线时，我们将发现它们是十分昏暗的，而它们靠近太阳“黑斑”时，我们可以清晰地看出所谓“黑斑”比起金星和水星要亮多了。
1825年，德国业余天文学爱好者萨谬·贺纳瑞奇·史奎克开始致力于对太阳和“太阳黑子”的研究。他花费了17年的时间对其进行观测（为防止强光灼伤眼睛，他在观测时极其谨慎），从而发现“太阳黑子”出现的数量以10年为周期（另据其他天文学家的观测，该周期为11年），他的研究开创了一门新学科——天文物理学。这是一门研究宇宙中星体物理性质的科学，直至今日，“太阳黑子”的成因仍是一个谜。
“太阳黑子”出现机率的变化在某种程度上具有极为重要的意义。1852年，英国科学家爱德华·塞宾指出地球磁场作用的强弱变化周期与“太阳黑子”的变化周期基本相符，这一发现意味着“太阳黑子”具有某些磁场特性。1908年，美国天文学家乔治·艾勒瑞·赫尔发现“太阳黑子”附近存在强烈的磁场。上文中所提到的所谓“太阳黑子”变化周期实际上是20年，在这20年中，每10年磁场的方向发生一次翻转。
1893年，爱德华·芒德通过对前人记录的研究惊奇地发现，在1645年至1715年之间，几乎没有任何有关“太阳黑子”的记录。芒德郑重宣布了他的这一发现，但未引起人们应有的注意。这主要是由于那些早期记录的可靠性并未得到广泛的认可。
本世纪70年代，美国天文学家约翰·A·爱迪发现了芒德有关“太阳黑子”的记录，并对其进行了认真地核实。他不但参考了人们利用望远镜观测到的结果，同时也参阅了早年中国和其他国家天文学家们用肉眼观测的资料。他注意到“太阳黑子”沉寂期（1645—1715年）是“太阳黑子”活动的最小周期，并称之为“芒德最小周期”。1645～1715年间的芒德最小周期是有史以来最晚的一次，而“芒德最小周期”的成因至今仍是个谜。
总的来说，科学家难以把天文现象和天气变化联系起来，但只有太阳黑子是个例外。有证据表明气候和太阳黑子一样也同样有个11年的变化周期。随着太阳黑子数目的增减，夏季的气候逐渐由干热变得阴凉潮湿，然后又逐渐变得干热。其整个变化周期约为11年。这里有两个例子说明了这一点。砍倒一棵树，可以在树干的横断面上看见一些同心圆，每个圆代表一个夏季生长的结果。数一数这些圆就可知道树龄。然而，尽管每一年的时间是一样长，但这些圆圈的宽窄却不一样。潮湿的夏天树木繁茂，树干上形成的年轮就宽，干旱的夏天形成的年轮就窄。因此，我们可以说树木是它生长年代天气的活记录。我们仔细研究树的横断面常会发现年轮的宽窄变化有一个11年的规律周期。这与太阳黑子的变化周期相吻合。最宽的年轮形成于太阳黑子最多的年份。所以，我们一眼就可以看出在太阳黑子多发年份的夏季潮湿，树木生长茂盛。
太阳黑子数量的变化缓慢，所以它的活动周期以年计算。但单个太阳黑子的寿命很少有超过几天的。
由于太阳的自转，一个罕见的大黑子会暂时消失。约两周后，它又会从太阳的另一侧出现。伽利略根据太阳黑子的这一运动，证明太阳在自转，其自转周期约为26天。
乘火箭飞越太阳黑子就如同乘飞机飞过轮船的烟囱。我们会看到有大量的热气喷出。太阳黑子类似一个喷发口，大量的热气以极高的速度喷射出来。太阳内部的高温使太阳表层处于不停的动荡之中，这就如同水在炽热的火上剧烈地沸腾一样。我们都见过开水中升起的大气泡。当气泡到达水面时，阻碍它的压力消失了，这时气体膨胀并与外面的空气混合在一起。太阳黑子中喷出的物质也是一样：当它到达太阳表面时，它所受到的压力减少，体积膨胀；由于膨胀而降低了自身的温度。
构成太阳黑子的物质由于其温度低于太阳表面其它地方的温度，所以看上去发黑。实际上黑子的亮度也极高，只是由于它们不如周围的更热的气体活跃，与之相比才显得暗淡。黑子喷发出的物质可能全部为原子和原子碎片的混合物，其中包括各种各样的带电粒子。喷射出来的粒子飞向四面八方，在太空中经过一两天的飞行后，一些粒子会到达地球。当它们穿过大气层时，就产生了北极光。然后它们将空气电离，形成一层无线电波反射层，将无线电波反射回地面。这样我们就可以收听到远处无线电台的声音。前文中我们已经讨论了当这些带电粒子到达地球时会产生什么样的情况。而我们现在看到的这些粒子的情况是其旅程中一系列事件的最初情况。其后的事件将对地球上的生活产生影响。
黑子中喷射出的大团气体常常升到远离太阳表面的地方，这就是日珥。地球上剧烈的爆炸或火山口喷发出的物质，其运动速度可达每小时几百英里。而日珥中喷发出的物质，其速度可达每小时数十万英里。
日珥是非常稀薄的物质，像一缕缕热气一样。它们的温度也比太阳本身低得多。由于这两个原因，它们没有太阳表面那么明亮，因此通常都消失在太阳的光芒里。在一般情况下，我们难以观察到它们。
7.太阳能：地球能量的源泉
太阳无时无刻不在散发着大量的光和热，而我们这个小小的地球只接收到了极少的一部分（约占一亿分之一），其他行星也只接收到了相当少的一部分，而其中绝大部分则散发到了外部空间。
太阳的这种能量散发已经无休止地进行了46亿年，并将继续下去，但不会使其本身冷却。这是怎么回事呢？
确切地讲，这一问题在19世纪中叶之前并未引起人们的注意，因为那时的人们尚在为能量的传播问题大伤脑筋而无暇顾及于此，前人较为普遍的观点是太阳仅仅是一颗永远释放光芒的大火球，只有万能的上帝才能使它冷却下来。的确，某物体在燃烧着的时候才能释放出光能，但这是指实际的光源，而神学家们心目中的光源却并非如此。
1854年，德国物理学家赫尔姆霍兹终于在总结出能量传递定律的七年后，首次意识到：该定律除适用于地球上的物理现象外，同样适用于太阳。他由此成为提出“太阳能”这一问题的第一个人。
很显然，太阳蕴含的能量决不会来自一般意义上的能量源，根据其散发能量的速率，如果太阳仅仅由氧和碳的化合物组成，那么它在1500年内就会完全燃尽。任何人都知道太阳已燃烧了远远不止1500年，即使按照《圣经》的理论，太阳也已存在了6000年了。因此，赫尔姆霍兹认为地球和其他恒星肯定是依靠一种特殊的渠道获得能量的。
太阳有可能是由无数的“碎片”拼接而成的。构成太阳的“碎片”比其他任何行星都要多，而在其形成过程中产生并最终贮存于太阳内部的动能也非任何行星可比，这正是任何行星所蕴含的热量与太阳相比都显得微不足道的原因所在，而太阳所释放的能量仅仅是其形成初期所积累能量的一小部分而已。
赫尔姆霍兹并不知道太阳的确切年龄，但他却估算出了太阳至少已存在了数百万年，而仅仅依靠其本身所蕴含的能量将无法维持如此长时间的消耗。因此，赫尔姆霍兹认为太阳在释放能量的同时也在不断吸收着外部能量。
同时，赫尔姆霍兹认为，在某些陨星坠落地球的同时，另一些陨星坠落太阳的可能性也同样存在。因为对于太阳来说，其硕大的形体和巨大的引力都将使它成为更多陨星的一大目的地。
这一理论听起来的确无可辩驳，但实际上并不正确。如果陨星坠落于太阳表面，将使太阳的质量增加，进而使太阳的引力作用增强。当然，这种引力的增加并不明显，但其结果是使地球的公转速度加快，从而使其公转周期缩短，这一缩短即使不明显，但也应该是可以被测得出的。而实际上这种地球公转周期的变化并不存在，因此，这一理论并不能成立。
虽然赫尔姆霍兹犯了这样一个错误，但他在这方面的研究渐入佳境。他认为，如果太阳是脱胎于一团巨大的空气和灰尘气团，那么它应该处于一种逐步缩小的过程中。进而他求出了这种微乎其微的变化，尽管利用当时的研究设备尚无法观测到这种收缩，但可以推断在这一变化的长期作用下就可以产生足以维持太阳存在所需的动能，并保证太阳的质量和地球的公转周期不发生改变。
如果这一假设成立，那么太阳昨天的体积应大于今天的体积，而去年的体积应大于今年的体积，并以此类推。根据这一情况，赫尔姆霍兹计算出2500万年前太阳的体积应大得足以能占据地球的公转轨道，也就是说，地球的年龄应小于2500万年。
这一结论使地质学家和生物学家们疑惑不解，因为根据他们的计算，地球的年龄决不仅限于2500万年。但并没有人能提出什么依据来驳斥这一理论。
当然，有关太阳的收缩理论并不十分充分，但直至无线电技术发明之后，科学家们才意识到维持太阳存在的根本原因在于其本身所蕴含的核能，而此时赫尔姆霍兹已经离开人世两年了。
1911年，英国物理学家俄涅斯特·罗塞福对此进行了一系列研究，在研究过程中，他利用一束放射性元素的射线对金箔制成的胶片进行轰击，发现绝大部分光束穿透了胶片，而一小部分却被反射回来。由此，他认为原子并非只是一个简单的微型球体，而是具有某种特定的结构。在它内部存在一个原子核，其体积应只占原子内部空间的十万分之一，质量则占了整个原子质量的绝大部分。原子中其余大部分空间被电子所占据。
一般的化学反应（如碳、石油以及TNT炸药的燃烧）的实质不过是原子外部电子间的转移。这种转移的结果就形成了产生某种具有较少能量的分子（该现象与一个下滚的球体类似。对于相同的球体，其处于较低位置时所具有的势能要低于其处于较高位置时的势能）。一旦化学反应发生，多余的能量将伴随高能反应物向低能量产物的转变而以力、热或光的形式释放出来。
原子核由质子和中子构成，并可通过能量的散失而进行结构的重新组合，同时，额外的能量也将以射线、热等形式释放出来。
在地球上所产生的一般化学反应比起这种核反应发生的次数要频繁得多，而且与一般化学反应相比，这种核反应的开始、停止和持续都困难得多。因此，在19世纪末期之前，并未引起人们的充分重视。此外，还有一个真正原因在于由于放射性反应非常缓慢，因此在特定时间内所释放出的能量也是微乎其微的，而自然界的核反应的发生与放射性活动有着密切的关联。
在核反应中，一定质量的物质所释放出的全部能量比在化学反应中由相同质量的物质所释放出的全部能量要巨大得多。因此，虽然由逐渐收缩所引起的化学反应产生的动能不足以支持太阳的生命时间，但核能却可以，不过得需要科学家们找出相应的核反应类型。
地球上自发形成的核反应中包含有大量的铀原子和钍原子。在放射反应发生的过程中，部分铀原子和钍原子被分解成碎片，于是能量就产生了。如果在我们所说的裂变过程中，铀原子和钍原子质量或多或少地减少一半，那么，所产生的能量将更多。但是即便是这样，在上述反应过程中所产生的能量也不足以维持太阳的生命历程，而且太阳本身所包含的这些原子也只是微量的。
对于中等尺寸的原子来说，它们包含的能量就更少。在普通的放射性反应或裂变过程中，原子如同滑坡一样，当原子量较大的原子裂变成较小的原子时，将释放出能量。同样的现象也发生在小质量的原子聚合成重原子的过程中。假设氢原子（最轻的原子）能聚成氦原子（次轻原子），这个过程中，由给定重量的氢原子产生的热量远远大于同重量铀原子产生的热量。
根据已知，太阳重量的75%来自于氢，而其余约25%来自于氦，太阳上的氢在聚合的时候为太阳提供了大量的能量，而太阳中丰富的氢的含量将使这个过程持续10亿年之久。
此外，有关核反应的领域还存在一个棘手的问题。即对于大原子量的原子来说，其状态更不稳定，也就是说此类原子处于反应的临界状态，在极小的作用力的推动下，就将产生衰变，有时在完全自发的情况下也可能发生。因此，原子的裂变在适当的条件下应该是极易发生的。各个氢原子的原子核间排列十分紧密，它们具有产生聚变的可能。但另一方面，由于氢原子中的外部电子活动与宏观世界中炮弹的活动相类似，因此这种聚变反应在一般条件下又很难发生。当两个氢原子发生碰撞的时候，各自的外部电子将在碰撞时相互排斥，而绝对不可能相互靠近。
不过，这种现象只适用于地球上的条件。太阳上的超高温足以使氢原子之间的化学键发生断裂，并促使原子核在原子内部不断运动。强烈的太阳大气压将使氢原子紧紧地撞在一起，而其超高温将促使氢原子运动的速度远远超过地球上的氧原子。这一切现象都将伴有巨大作用力的产生，从而使氢原子的聚合成为可能。
德裔美籍物理学家汉斯·阿尔布瑞特·贝斯曾致力于氢聚变的研究，并在实验室条件下进行了有关核反应的实验，同时，根据该实验对太阳中心发生相同的反应所应具备的温度和压力做出了近似的判断。在1938年时，贝斯制定出了一套对有关提供太阳存在所需能量的核反应进行研究的计划。迄今为止，他的有关理论仍具有权威性。至此，赫尔姆霍兹疑问终于在一个世纪以后有了正确的答案。
8.太阳的质量究竟有多大
太阳的质量究竟有多大呢？其实这并不难计算。我们已知月球与地球间的距离是38.5万公里，同时已知地球与太阳间距离为1500万公里。由此，我们可以求出太阳的质量比地球大多少，从而最终求出太阳的质量为地球质量的33万倍。现在已经很清楚了，太阳非但不是什么非实体的东西，而且是一个巨大的球体，其质量约为太阳系中最大的行星——木星的1038倍，实际上，太阳系99.9%的质量都集中于太阳本身。
经科学家计算，太阳的质量正在以大约每平方英寸每百年1/20盎司的速度减少。这样的质量损耗似乎很小，但是我们用太阳表面积的平方英寸的总数乘它，进一步算出太阳质量损耗的速度是每秒超过400万吨，或是每分钟大约2.5亿吨，每天损耗的质量是3600亿吨。这样，太阳在昨天的此时肯定比现在重3600亿吨，而在明天的此时将比现在轻3600亿吨。一天3600亿吨，一年则是3600亿吨乘以365.我们可以用这种方法推测过去、探索遥远的未来。但沙子并非总是以相同的速度流过沙漏。太阳失去质量的速度，今天与明天，甚至1个世纪或100万年内不会有明显的变化。假如太阳继续以现在的速度辐射，一个简单的除法计算说明它将继续存在约15万亿年。到那时，太阳最后1盎司的质量也将会消失。这使我们形成了一个清晰的概念：太阳真是太重了，它还能继续以650倍于尼亚加拉大瀑布水流量的速度将其物质释放到太空达15万亿年之久，直到枯竭！
然而，显然我们不能用这种简单轻松的方法进行计算。认为太阳最后一吨物质释放能量的速度与目前这个重达2×1028吨的巨大的物质释放能量的速度相同，那是荒唐的。1924年，以爱丁顿发表的论文而告终的一系列的调查，用一种普通的方法揭示了恒星的光度主要取决于其质量。但这个条件既不十分精确，也不普遍。当我们得知一颗恒星的质量时，我们就可以比较准确地说出其光度，这大概有很大的或然性，要局限在某一相当窄的范围内。例如，发现了大多数与太阳质量几乎相同的恒星的光度也几乎与太阳相同。总的说来，正如人们所料，小星比巨星辐射的能量少，而且——这不能预知——它们辐射能量的差异远比质量的差异大得多。我们已经提到的规律对于太阳周围的一些恒星来说是正确的，尽管在另种意义上说，对于恒星整体来讲——巨星每吨的发光强度最大。例如，质量只是太阳一半的一颗普通恒星释放出的能量不能是太阳释放的能量的一半，而大概是1/8左右。按这种说法，太阳的寿命就要延长。所有恒星的寿命也的确如此，而且延长的时间几乎是无限的。恒星老年时能量的释放似乎才会逐渐节俭。只要它们有足够多的质量，它们就过度地挥霍，但当它们逐渐损耗光时，它们就会减少挥霍量。当沙漏中的沙子所剩无几时，它们也会放慢流速。
同样，质量是太阳2倍的普通恒星释放出的能量，也不仅仅是太阳所释放出的能量的2倍，它释放出的能量大约是太阳的8倍。在推测太阳的年龄时，我们必须记住这一点，能量的损耗把太阳过去的生命缩短了，而把它未来的生命延长了。观察告诉我们任何已知质量的恒星在辐射中损耗其能量的速度。同时，假定太阳在自己过去相应阶段中表现得像个典型的普通恒星，据此我们可以画一个表格来显示其一生中质量逐渐变化的情况。请看以下数据：
20亿年前，太阳的质量是现在的1.00013倍
1万亿年前，太阳的质量是现在的1.07倍
2万亿年前，太阳的质量是现在的1.16倍
5.7万亿年前，太阳的质量是现在的2倍
7.1万亿年前，太阳的质量是现在的4倍
7.4万亿年前，太阳的质量是现在的8倍
7.5万亿年前，太阳的质量是现在的20倍
7.6万亿年前，太阳的质量是现在的100倍太阳以每秒钟2.5亿吨的速度，或类似速度减少质量已经很长时间了，而且这种质量减少的现象仍将维持若干年。地球之所以与太阳之间保持现有的这个距离，是因为依太阳现有的质量，与地球、太阳间距离正好适合。如果太阳的质量瞬间减半，则它对地球的引力也会减小一半，那么地球与太阳间的距离必定会扩大。（注：尽管细节并不十分重要，但有必要让读者了解地球绕太阳旋转的轨道是椭圆而不是正圆，当时地球——太阳间的平均距离也比现在大。）
当然，太阳的质量不可能瞬间减半。不过，在刚刚逝去的4分钟里，已有10亿吨的质量从太阳身上散失出去，这意味着它对地球的引力遭到削弱，也意味着地球的公转轨道扩大。此时的轨道半径已经超过4分钟前地球公转轨道的半径了。以上结论可以通过数据的记录精确地显示出来。它表明地球绕太阳公转的转道并非一个完美的圆圈，甚至也不是一个离心率较小的椭圆，而是一种旋涡状的曲线，状如散开的钟表发条。地球每年都向漆黑寒冷的外层空间深入一步。根据精确的估算，地球与太阳之间距离的增加速度已经达到平均每个世纪1米。这种距离增加的后果与银河系中恒星质量减少造成的结果完全一致。惟一的不同是，银河系中有成千上万个星体在膨胀，而在地—日体系中，只有太阳、地球这两个星体。
9.太阳系：你会变老吗
宇宙中的一切都是有生有死的，太阳自然也不例外。现在太阳的年龄约为46亿年，正处于中年。再过50亿年，太阳中心的氢燃料便会耗尽，将由氦和其他较重元素的核反应维持其能源。在此过程中，太阳将由其目前的黄矮星阶段逐渐膨胀成一颗红巨星，而后再转变成红超巨星。当所有的核燃料耗尽，热核反应停止时，太阳将变成一颗白矮星。等到它不能再收缩，再也没有能量释放了，这时太阳也就“寿终正寝”了，成为一颗不发光的黑矮星。
毫无疑问，太阳今后的演化对其周围的行星有重要的影响。几十亿年后，太阳的光度将达到现在的1万倍，太阳的表面将延伸到地球现在的轨道。在太阳的炙烤下，整个太阳系异常炎热，高耸的山峰晒软了，冰山融化了，厚厚的大气遮盖下的行星也不再有“清风”吹拂。
（1）主序星阶段
预计太阳在主序星阶段要延续100亿年，这期间它的光度将逐渐增加。起初形成的时候，太阳的光度仅是现在的1/3，但是50亿年之后，当主序星阶段终结的时候，其光度将是现在的3倍。随着太阳光度增大，整个太阳系将产生惊人的变化。
在行星形成后不久，地球、火星和金星上的条件对液态水都是适合的。局部温度高于0℃，大气压超过6毫巴，是液态水存在的决定因素。
金星在最早的时候，可能和地球有同样多的水，但金星得到的太阳辐射是地球的2倍，如此灼热，使金星海水完全蒸发而进入大气，太阳的紫外辐射将水汽分解成氢和氧，氢由于原子轻逸散到空间，氧经过再循环与表面岩石化合，如果没有液态水，金星火山排出的二氧化碳就聚集在大气之中。在地球的风化中，水、二氧化碳和硅酸盐化合产生了碳酸盐岩石。由于存在充分的水和风化作用，地球大气中的二氧化碳几乎全部禁锢在这种岩石之中，其数量与金星大气中的二氧化碳数量相当。而金星由于没有足够的水风化，最后留下一层浓密的大气，形成了巨大的温室效应，使金星表面温度高达550℃。
假设太阳光度比现在低30%，那么地球早期液态水会怎样呢？如果这种情况发生在今天，整个地球将会被冰层所覆盖，但到目前为止，我们却仍然没有发现过去地球海洋冻结的迹象。答案可能是二氧化碳温室效应对温度的一种自然调节。地球早期液态水一直是很稳定的。当太阳逐渐变亮，地球的表面温度开始升高，越来越多的水蒸发掉，引起降雨，加剧风化，耗尽了二氧化碳，减少了温室效应，也抑制了日益增高的表面温度。
像地球一样，火星在大气较为稠密的早期也曾有过液态水。可能是由于火星冷却得太快，板块构造过早封闭，使火星上的地质活动相当缓慢并停滞下来。这说明，如果地球处于火星的位置仍会含有液态水。而火星上的迹象表明，所谓的火星运河年代已十分久远，水的痕迹已消失了几十亿年之久。今天火星赤道区域夏季的温度可达到水的熔点，但火星大气的平均压力稍低于6毫巴，所以火星表面看不到液态水。
在10亿年里，太阳的光度将增加20%，由此而产生的一个后果可能是使液态水回到火星。温度升高使火星极冠附近冻结的二氧化碳升华，如果释放足够的二氧化碳，大气压力增加会使凡是温度高于0℃的地方都存在液态水。此外，除了二氧化碳导致的温室热效应外，火星的平均表面温度至少上升10℃。这样火星夏季很可能就有液态水了。不过直接暴露的水很容易被蒸发，所以，在液态水的早期，大部分永久的水体是结冰的湖泊。但是因为火星缺乏像火山喷发那样二氧化碳的连续源，1000万年里新的较为稠密的火星大气将会与表面进行化学反应并被吸收，这就是火星没有板块构造的缘故。在接下去的30亿年，太阳的光度增加50%，水蒸气在火星大气中占有重要的比例，出现了降雨和冲蚀现象，气候逐渐接近地球，平均温度比现在高大约25℃。
当火星变得越来越适宜液态水存在的时候（距今10亿年～30亿年），而地球却由于无法控制的温室效应而丧失水。这发生在5亿年后太阳的能源到达地球大气顶部时，洋面上飘散的水蒸气产生一种湿漉漉的温室效应。随着地球温度升高，愈来愈多的水汽化，导致温度进一步上升。云最初还可以通过增大反射率来减弱温室效应，但无奈太阳热量无羁绊地上升，最终还是无法克服这种温室效应。
（2）红巨星阶段
在太阳处于主序星阶段时，核心内的氢聚变成氦，中心核在引力收缩下最后成为一堆氦灰。这使直接在核上面的氢燃烧壳的温度增加，壳越发亮了。随着下面辐射压力的增大，在壳上面的几层膨胀并冷却。
当太阳变得越来越冷、越来越红时，它的体积和光度也变大。在主序星阶段结束（距现在大约60亿年）后10亿年，太阳的半径将增加到0.2天文单位，几乎到了今天水星的位置，如果有人有幸看到它，一定会惊愕地发现太阳将比我们今天在地球上空看到的大50倍。太阳增大了的表面积使它的光度达到它现在亮度的300倍。那时，水星和金星的表面将熔融，地球表面温度超过750℃。
当膨胀的太阳烧焦了类地行星，外太阳系里的冰体将融化。木星的3颗“伽利略”卫星有大量的水冰。木卫二被一个几乎是纯冰的壳覆盖着，在它下面可能有一个在潮汐作用下一直流淌的深100公里的海洋。木卫三和木卫四的表面虽然主要是冰，但它们有大致相同数量的冰和岩石，这些卫星表面的冰什么时候融化，主要取决于氨存在的多少。
水和氨的混合物在-100℃就可以融化，远低于纯水的融点。离开主序星阶段不久，太阳的光度比现在大3倍，如果这时有少量的氨，就可以融化。这样，在以后十亿年的大部分时间里，木卫二、木卫三和木卫四上都可能有液态水。否则，融化就不得不等到太阳的亮度进一步增大，这些卫星上大量的水可以维持长期大气和温室效应。但到红巨星阶段结束时，“伽利略”卫星的温度已剧增到250℃。水汽化迅速逃逸，然而这种高温不会持续到卫星完全“脱水”的时候。
木卫六是惟一已知拥有大气的卫星，氮占了它大气中所有分子的90～99%，其余大部分是甲烷，表面压力大约为1.5毫巴。遗憾的是，由于云雾遮掩，几次对它的探测都不太理想。一些科学家假设在木卫六表面有乙烯和甲烷的湖泊，估计水冰无论如何是存在的。由于木卫六的大气压足够大，所以温度达到-100℃或0℃（这要看氨是否存在而定）的任何地方都可能有液态水。考虑到温室加热，这些温度将出现在太阳的红巨星阶段。木卫六上有液态水的时期可能持续1000万～1亿年。
作为像太阳这样的低质量恒星，红巨星阶段在一个天文学家称为“氦闪”的过程中突然结束。“氦闪”是指在恒星演化过程中，中心区的氢全部烧尽，温度增高到1亿度以上而使氦聚变反应突然开始的现象。它的最终结果是使太阳光度降低，这个阶段持续1亿年左右，并由于这种恒星位于球状星团的赫罗图上的位置而称为“水平支”。像太阳这样一颗恒星，当它的半径减小，表面变得更热、更蓝时，光度将从现在值的300倍降到50倍。
在“水平支”阶段，太阳系内的温度将下降，只有红巨星阶段结束时温度的60%。作为液态水，“伽利略”卫星还稍嫌热些，木卫六可能有一点儿，即使红巨星阶段残存一些水蒸气，对于液态水来说，内太阳系还是太热了。
（3）红超巨星阶段
太阳的“水平支”阶段以一个氦燃烧壳围绕的惰性的二氧化碳核的建立而告结束。氦壳又被一个氢燃烧壳环绕着，当这个双壳延伸时，亮度又一次剧增。最后太阳几乎比现在亮10000倍，这时太阳已进入赫罗图右上角的红超巨星阶段。
演化成红超巨星的太阳半径达到1个天文单位，在亮度最高时，太阳系中诸天体的温度均比现在增加10倍，足以使所有的类地行星的表面熔融。甚至冥王星和海卫一这些行星系中最冷的天体也会像撒哈拉沙漠那样热得令人窒息。然而对于四颗大行星问题却没那么严重。在最亮的红超巨星阶段，它们的外层大气将只稍微失去一些气体的挥发性成分。因为这些行星很大，这点损失是微不足道的。深处的内部结构不会受到影响。
水星和金星的表面将熔融到相当的深度。这两颗行星随后被不断膨胀的太阳吞没，并很快汽化掉。地球可能不至于落到这种地步。天文学家认为，太阳表面最后将膨胀到1个天文单位以外，那时地球也已离开了它今天的轨道。
当太阳的年龄变得更老时，它将抛掉气体尘埃流里的物质，最终为减少重力，一半的太阳质量被抛进空间。到太阳表面逐渐接近地球轨道时，地球已“躲”开了，（在太阳刚处于红巨星阶段，质量损失10%时，地球就开始向后退了）。地球最后的命运会怎样呢？凶吉难卜。但愿地球能在超巨星阶段后依然幸存下来，尽管那时已被熔融得面目全非。火星和太阳系其余天体也会幸免于难，但它们将在新的更为遥远的轨道里围绕太阳运行。
超红巨星阶段即将结束时，太阳系惟一可能有液态水存在的天体是海卫一，或许还有冥王星。从海卫一看去，演化成红超巨星的太阳直径已接近4度。
由被太阳风驱进空间的尘埃反射的阳光使太阳系整个天空昼夜都是亮的。如果太阳的尘埃壳和已观测到的其他红超巨星周围的类似，夜空很可能会和地球现在白天的天空一样亮，其颜色可能和太阳不相配。因为小尖埃粒子就像给地球带来一个蓝色天空的气体分子那样，对蓝光散射更为有效。那时夜晚的天空也许会是现在日落后西边天空呈现的那种紫红色。
（4）白矮星阶段
在红超巨星结束时，离现在大约70亿年，在强大的太阳风吹动下，太阳伸展的外壳脱落了，因此产生了一个行星状星云。在行星状星云阶段之后，剩下的恒星核将是一个致密的、惰性的碳氧球状物，当重力抵抗处于简并态的电子的压力时，核心停止了收缩，并不再产生新热量。它的质量仅缩小了一半，但体积却缩成地球那样小，所以密度大大增加，达到每立方厘米一吨重。
由于太阳丢失了1/2的质量，地球和所有幸存下来的行星轨道距离都要增加一倍，这样一来，奥尔特云里的彗星可能有一半会因过往恒星的引力和银河系本身的潮汐作用跑到星际空间。
太阳从超红巨星到白矮星，光度下降了100万倍，留下来的太阳系天体在数十万年间可能有适于液态水的温度。
从地球望去，已成为白矮星的太阳视直径为9角秒，比今天的金星或木星还小，作为一颗新的白矮星，光度仅是今天的1%。太阳系温度下降的原因，其中1/3是由于太阳光度减弱，2/3是由于诸行星轨道距离增加。那时重新凝固的地球温度将为-200℃，相当于今天冥王星的温度。
如此再经过数十亿年，太阳将成为一颗不发光的、处于简并态的冷“黑矮星”，从而结束它轰轰烈烈的一生。
10.人类能揭开太阳的奥秘吗
在天文世界中，太阳算是人们接触最多的一个天体了。因为生活在地球上的人类和一切生物，都离不开太阳，都有赖于它的光和热。可是，人们并不完全熟悉太阳。从远古以来，人们总想了解太阳，希望能揭开它的种种奥秘。然而，它却被一层又一层的神奇面纱笼罩着，至今还有许多个尚未解开的谜团，从而给人类留下了一个又一个美丽的传说。
1990年10月6日，美国国家航空航天局和欧洲空间局将他们联合研制的“尤里西斯”号太阳探测器发射升空。这个重达380千克的探测器（内含55千克仪器）依靠木星的引力来扭转它的飞行轨道，使它首次进入了垂直于黄道面的平面，并在距太阳2亿2千万千米上空，越过太阳的南、北极，开展了重点研究太阳磁场的三维构造、太阳的各种电磁辐射、太阳风等。
在相隔5年后的1995年11月23日，他们又从美国的卡纳维拉尔角发射场用马丁·阿特拉斯ZAS运载火箭将名为“太阳天文台”的探测器发射升空。这个重达1816千克的探测器被推进到环绕L1点（1号拉格朗日点）并垂直于黄道面的椭圆形轨道上，1号拉格朗日点大约位于地球至太阳平均距离的1%处（150万千米）。在那里，太阳的引力和地球的引力恰好互相抵消，因而“太阳天文台”探测器就被稳定地保持在指定的环绕L1点的椭圆形轨道上，从那里对直径约为139万公里的太阳进行长时间大范围的观测。
这项称为SOHO任务的探测计划，共有15个国家39个研究单位和企业参加。全部费用高达10亿美元，由美国和欧洲国家各承担一半。
这次探测的重点之一是：通过观测太阳表面的振荡情况，来进一步弄清太阳内部的动力学情况。据研究，在太阳的中心区进行着巨大的、持续的氢核聚变反应，会产生异常强烈的声波，而且太阳的巨大质量（2×1033克）也会在其内部产生强大的引力波，正是由于这些异常强烈的声波和强大的引力波的作用，才使太阳的内部和表面保持着永恒的运动。而且，太阳自身的运动又是以振荡形式出现的，从太阳的光球层表层（从太阳内部上层向外延伸大约480千米）可以看到其振荡情况。在光球层里，粒状气泡类似于绵延1600公里的一朵云，更大一些的超级粒状气泡类似于一个方圆为32000公里（近似于地球的直径）的岛屿，并且始终处于有节奏的运动之中。
在“太阳天文台”探测器上，装置有3台可以用来测定太阳自身振荡情况的仪器，它们的功能各异。一台称为GOLF的仪器是由法国研制的，它利用多普勒技术来记录整个太阳的振荡情况。根据所记录的数据，就能够揭示出在太阳内部深达几万公里处的动力学特性。另一台是由美国研制的太阳振荡/多普勒成像器，这台仪器能以每秒1百多万次的速度来测量太阳的运动和亮度。还有一台称为VIRGO的仪器是由瑞士研制的，它被用来观测太阳辐射之中与太阳振荡有关的节奏性变化。
这次探测的重点之二是：太阳大气层的温度为什么那么高并有奇特的变化？据研究，太阳光球层平均温度为4000～6000K左右，要比紧挨其下面的太阳各层温度低几百倍。然而，在光球层的上方，其中包括色球层（在太阳上方高达2400多公里）和日冕（延伸到空间远达几千公里），其温度却急剧超过100多万K。尤其令人惊奇的是，许多由10亿吨气体组成的日珥，每隔几小时，就会以大约2000公里每秒的速度从光球层被爆发出去。它们是怎样保持着6000K的“低温”冲过高达100多万K高温的色球层和日冕？这始终是一个令人困惑的谜。
因此，在“太阳天文台”探测器上，有5台仪器分别将焦点对准了色球层、日冕和冲过这些区域的日珥，它们将各自完成所肩负的控测任务。由德国研制的SUMER太阳紫外线望远镜，将用来测定在上色球层等离子体流的温度和密度。这台太阳紫外线望远镜能以每小时40次的速度观测小至965公里区域内的特性，并能扫描8万多公里宽的区域情况。它的观测结果对弄清色球层温度急剧上升的原因将会起着重要作用。用来确定各种日冕（太阳的外层大气）结构的温度和密度的探测仪器是由美国研制的CDS日冕特征频谱仪。对应于4个不同温度区域的高清晰度图像，将由法国研制的EIT远紫外线成像望远镜提供。日冕特征与太阳风之间的相关性，将由美国史密森天体物理天文台研制的UVCS紫外线日冕频谱仪分析出来。科学家期望：通过这些探测仪器能进一步获得更具体、更详实的研究资料。
在探测过程中，最为壮观的图像和频谱资料将由来自美国海军研究实验室研制的LASCO大角度摄谱日冕仪完成，这台仪器将拍摄日珥从极其接近太阳之外升起并向外扩展至1287～1448万公里时的壮观情景。
此外，在探测器上，还有4台仪器将在探测中配合使用：来自德国和芬兰的COSTEP、CELIAS和ERNE仪器能够直接从以太阳风形式吹过该探测器的物质中采集样品，以便能将太阳表面参数和日冕参数联系起来。吹过该探测器的太阳风特性以及在太阳上的起因，将由法国研制的SWAN仪器提示。
据美国国家航空航天局项目科学家阿瑟·波拉德披露，在“太阳天文台”探测器上，还采用了人工智能软件，使这些配置的仪器都能对特殊事件互相给予提示。整个探测器和美国航空航天局戈达德空间飞行中心的地面控制计划，都被设计成具有能对太阳上的快速变化作出迅速反应的能力。
人们期望能从此项历时2～6年的科研任务中，来进一步揭开太阳的奥秘，以便有助于人类的生存和发展。
