第十一章 創世年代
關燈
小
中
大
ode）規則。
下表列出了太陽系的九大行星和小行星與太陽的距離，小行星似乎對應着各個小塊沒能聚集成一個大塊的特殊情形。
最後一欄數字特别讓人感興趣。
這些數字雖然有些出入，但都和2這個數值相差不遠。
因此我們可以提出一條近似規則：每顆行星的軌道半徑大緻是前一行星軌道半徑的兩倍。
行星名稱 與太陽的距離（以日地距離為單位） 各行星與太陽的距離同前一行星與太陽距離的比值 水星 0.387 金星 0.723 0.860 地球 1.000 1.380 火星 1.524 1.520 小行星 2.7左右 1.770 木星 5.203 1.920 土星 9.539 1.830 天王星 19.191 2.001 海王星 30.07 1.560 冥王星 39.52 1.310 有趣的是，一條類似的規則也适用于各個行星的衛星。
例如，下表列出的土星九顆衛星的相對距離便證明了這一事實。
衛星名稱 與土星的距離（以土星半徑為單位） 相鄰兩顆衛星距離之比 土衛一 003.11 土衛二 003.99 1.28 土衛三 004.94 1.24 土衛四 006.33 1.28 土衛五 008.84 1.39 土衛六 020.48 2.31 土衛七 024.82 1.21 土衛八 059.68 2.40 土衛九 216.80 3.63 和行星的情況一樣，這裡也有很大的出入（特别是土衛九），但幾乎毫無疑問的是，這裡也存在着同一種規則性的明确趨勢。
太陽周圍原有的那些塵埃雲為何沒有聚集成單一的大行星呢？為何恰恰又在這些距離處形成了幾大塊行星呢？ 要想解答這個問題，我們須對原始塵埃雲中發生的運動作某種更細緻的研究。
我們還記得，任何按照牛頓的引力定律圍繞太陽運轉的物體，無論是微小的塵粒、小隕石還是行星，都會描出一個以太陽為焦點的橢圓軌道。
如果形成行星的物質以前是直徑為0.0001厘米的一個個微粒，89那麼當時必定有大約1045個微粒沿着各種大小和伸長的橢圓軌道運動。
顯然，在這麼擁擠的情況下，微粒之間必定發生過無數次碰撞。
由于這些碰撞，整個系統的運動會變得更有組織。
不難理解，這些碰撞要麼導緻&ldquo交通違章者&rdquo粉身碎骨，要麼迫使它們繞道到不那麼擁擠的路線上去。
那麼，這種&ldquo有組織的&rdquo（或至少部分有組織的）&ldquo交通&rdquo是由什麼定律支配的呢？ 為了處理這個問題，我們先選擇一組微粒，它們繞太陽旋轉的周期相同。
其中一些微粒沿着某一半徑的圓周軌道運轉，另一些則沿着拉長程度不等的橢圓軌道運轉（圖119a）。
現在，我們試着從一個圍繞太陽中心旋轉并且與微粒周期相同的坐标系（X，Y）的角度來描述這些微粒的運動。
a.從靜止坐标系上觀察到的圓周運動和橢圓運動；b.從旋轉坐标系上觀察到的圓周運動和橢圓運動 圖119 從這個旋轉的坐标系來看，沿圓周軌道運動的微粒A顯然将永遠靜止于某點A&prime，而正在沿橢圓軌道繞太陽運轉的微粒B則有時接近太陽，有時遠離太陽；它圍繞中心的角速度接近太陽時大，遠離太陽時小；于是，它有時會超前于、有時會落後于勻速旋轉的坐标系（X，Y）。
不難看出，從這個坐标系來看，此微粒将會描出一條蠶豆形的封閉軌迹，在圖119中标為B&prime。
另一個微粒C沿着拉得更長的軌道運轉，從坐标系（X，Y）來看，它也會描出一條類似但稍大的蠶豆形封閉軌迹C&prime。
顯然，要想安排這群微粒的運動使之不緻相撞，必須使這些微粒在勻速旋轉的坐标系（X，Y）中描出的蠶豆形軌迹不會相交。
我們還記得，運轉周期相同的微粒與太陽的平均距離是相同的，因此它們在坐标系（X，Y）中不相交的軌迹圖案一定像一串圍繞太陽的&ldquo蠶豆項鍊&rdquo。
以上分析對于讀者來說可能有些難懂，但它所表述的其實是一種非常簡單的程序，其目的在于表明與太陽有相同平均距離因而有相同旋轉周期的各組微粒不緻相交的交通規則圖樣。
由于原始太陽周圍的那些塵埃雲微粒會有各種各樣的平均距離，從而有各種各樣的旋轉周期，所以實際情況一定會複雜得多。
&ldquo蠶豆項鍊&rdquo不會隻有一串，而是必定有很多串在以各種速度相對于彼此旋轉。
魏茨澤克認真分析了這種情況，他表明，要使這樣一個系統保持穩定，每條&ldquo項鍊&rdquo都必須包含五個渦旋系統，于是整個運動情況看起來就像圖120那樣。
這種安排可以保證每一個環内&ldquo交通安全&rdquo，但由于這些環的旋轉周期各不相同，所以在兩環相遇的地方一定有&ldquo交通事故&rdquo發生。
在一個環的微粒與相鄰環的微粒之間的這些邊界區域發生的大量碰撞必然會引發積聚過程，在這些特定距離上生長出越來越大的物體。
于是，随着每個環内的物質變得逐漸稀薄，它們之間的邊界區域會逐漸積聚物質，最後形成行星。
圖120 太陽原始外層中的塵埃通道 對太陽系形成過程的上述描繪簡單地解釋了支配行星軌道半徑的舊規則。
事實上，簡單的幾何思考表明，在圖120所示的那種圖樣中，相鄰環的相繼界線的半徑形成了一個簡單的幾何級數，每一項都是前一項的二倍。
我們還能看到為什麼指望這條規則會非常精确。
事實上，這條規則并非源于支配原始塵埃雲中微粒運動的某條嚴格定律，而隻是表達了否則便不規則的塵埃運動過程的某種傾向。
同樣的規則也适用于太陽系中各個行星的衛星，這一事實暗示，衛星的形成過程大緻也遵循着同樣的途徑。
當原始太陽周圍的塵埃雲分解成了将會形成行星的各組微粒時，此過程在各組微粒中均得到重複：大多數微粒聚集在中心形成行星，其餘微粒則在周圍運轉，逐漸凝聚成若幹衛星。
在讨論塵埃微粒的相互碰撞和生長時，我們忘了講占原始太陽包層總質量大約99%的氣體成分的去向。
這個問題比較容易回答。
當塵埃微粒碰來碰去，形成越來越大的物體時，無法參與這一過程的氣體會逐漸消散到星際空間中。
用比較簡單的計算就能表明，這種消散過程需要大約1億年的時間，也就是說與行星生長的時間差不多。
因此，當各個行星最終形成時，構成原始太陽包層的大部分氫和氦均已逃離太陽系，隻留下了微乎其微的一部分，即前面所說的黃道光。
魏茨澤克理論的一個重要推論是，行星系的形成并非獨特事件，幾乎所有恒星在形成過程中都會發生這種現象。
而碰撞理論則認為，行星的形成過程在宇宙曆史中非常獨特。
計算表明，被認為産生了行星系的恒星碰撞是極為稀罕的事件，在構成銀河系的400億顆恒星當中，在其存在的幾十億年時間裡，隻可能發生過少數幾次碰撞。
如果每顆恒星都有一個行星系統，那麼單單在我們的銀河系之内就會有數百萬顆行星，它們的物理條件幾乎與地球上相同。
倘若在這些&ldquo可居住&rdquo的世界中竟然沒有孕育出最高形态的生命，那才奇怪呢。
事實上，我們在第九章已經看到，最簡單的生命形态，比如各種病毒，僅僅是由碳、氫、氧、氮等原子構成的非常複雜的分子罷了。
任何新生的行星，其表面都會有足量的這些元素，因此可以确信，堅固的地殼得以形成并且大氣中的水蒸氣降下成為廣泛的水源之後，由于必要的原子以必要的秩序偶然結合起來，遲早會出現一些這類分子。
誠然，由于這些活分子極為複雜，導緻偶然形成它們的概率極低，這就像搖動一盒拼圖玩具就想讓它們偶然排成某個圖案的概率一樣低，但我們不要忘了，相互碰撞的原子有那麼多，時間又那麼長，總有可能出現想要的結果。
地殼形成之後，生命很快就在地球上出現了，這表明在幾億年的時間裡的确有可能偶然形成複雜的有機分子，盡管這看起來好像不大可能。
一旦最簡單的生命形态出現在新形成的行星表面，其繁殖過程和逐漸演化将會形成越來越複雜的生命形态。
90我們還不知道，在各個&ldquo可居住&rdquo的行星上，生命的演化過程是否和我們的地球上一樣。
對不同世界的生命進行研究，将有助于我們實質性地了解演化過程。
在不久的将來，我們會乘坐&ldquo核動力推進的太空飛船&rdquo作探險旅行，到火星和金星（太陽系中最&ldquo可居住&rdquo的行星）上去研究那裡可能有的生命形态，然而在千百光年以外的其他星界上是否存在着生命以及生命以何種形态存在，則可能是一個永遠無解的科學問題。
二、恒星的&ldquo私生活&rdquo 關于恒星如何産生自己的行星家族，我們已經有了一幅較為完整的圖像，現在我們要讨論一下恒星本身了。
恒星有怎樣的生命曆程？其誕生的細節如何？漫長的生命是如何度過的？最終又有什麼樣的結局？ 要研究這類問題，我們不妨先從太陽入手，因為它是組成銀河系的數十億顆恒星中相當典型的一顆。
首先，我們知道，太陽是一顆非常古老的恒星，因為根據古生物學的資料，它已經強度不變地照耀了幾十億年，維持着地球上生命的發展。
任何普通來源都不可能在這麼長的時間裡提供如此之多的能量，所以太陽的輻射問題始終是最令人迷惑的科學謎團之一。
直到發現了元素的放射性衰變和人工嬗變，隐藏在原子核深處的巨大能量源才被揭示出來。
我們已經在第七章看到，幾乎任何化學元素都可以看成一種蘊含着巨大潛在能量的燃料，将這些物質的溫度升高到幾百萬度，這種能量就會被釋放出來。
這樣的高溫在地球實驗室裡幾乎無法獲得，而在星際世界卻司空見慣。
以太陽為例，它的表面溫度隻有6000℃，但越往裡溫度就越高，到了中心則高達2000萬度。
根據觀測到的太陽表面溫度和太陽氣體已知的熱傳導性質，不難計算出這個數值。
正如知道了一顆土豆的表皮有多熱以及土豆物質的熱導率，無需切開就可以計算出它内部的溫度。
将這種關于太陽中心溫度的信息與關于各種核嬗變的反應速率的已知事實結合起來，就能查明太陽内部産生的能量是由什麼反應引起的。
這種重要的核過程叫作&ldquo碳循環&rdquo，是兩位對天體物理學問題感興趣的核物理學家貝特（HansAlbrechtBethe）和魏茨澤克同時發現的。
使太陽産生能量的熱核過程并不隻是單一的核嬗變，而是被稱為&ldquo鍊式反應&rdquo的一系列相互關聯的嬗變。
鍊式反應最有趣的特征之一在于，它是一條閉合的循環鍊，每經過六步就重新回到起點。
圖121是這種太陽鍊式反應的示意圖，從中可以看出，這種鍊式反應的主要參與者是碳核和氮核以及與之碰撞的熱質子。
圖121 使太陽産生能量的循環鍊式核反應 讓我們從普通的碳（C12）開始，我們看到，它與一個質子碰撞，形成了氮的輕同位素（N13），并以&gamma射線的形式釋放出一些原子内部的能量。
這一反應是核物理學家們所熟知的，在實驗室條件下已經用人工加速的高能質子實現出來。
N13的原子核并不穩定，它會自動釋放出一個正電子或&beta+粒子，變成碳的重同位素（C13）的穩定原子核，普通的煤中就含有少量的C13。
如果再被一個熱質子撞擊，這種碳同位素就會變成普通的氮N14，并且釋放出強烈的&gamma輻射。
（我們從N14開始也可以同樣方便地描述這個循環。
）N14核再與另一個（第三個）熱質子撞擊，變成不穩定的氧同位素（O15），它很快就會釋放出一個正電子而變成穩定的N15。
最後，N15再獲得第四個質子，裂成兩個不等的部分，其中一個就是開頭那個C12核，另一個是氦核也就是&alpha粒子。
于是我們看到，在這個循環的鍊式反應中，碳核和氮核是不斷重新産生出來的，用化學家的話來說，它們隻充當催化劑。
此鍊式反應的淨效應是，相繼進入循環的四個質子形成了一個氦核。
于是我們可将整個過程表述為：在高溫之下，氫在碳和氮的催化作用下嬗變成氦。
貝特表明，在2000萬度的高溫下進行的這種鍊式反應所釋放的能量與太陽實際輻射的能量完全相符。
其他任何可能的反應都會導出與天體物理學證據不一緻的結果，因此可以确定，太陽能主要是通過碳-氮循環過程産生的。
還要指出的是，在太陽内部的溫度條件下，完成圖121所示的循環需要500萬年左右的時間，因此當這樣一個周期結束時，起初進入反應的碳（或氮）核又會以當初的面貌重新出現。
曾有人說，太陽的熱量來自煤。
知道了碳在這個過程中所起的基本作用以後，現在我們仍然可以說這句話，隻不過這裡的&ldquo煤&rdquo并非實際的燃料，而是扮演了傳說中&ldquo不死鳥&rdquo的角色。
特别值得注意的是，太陽的釋能反應速率雖然主要取決于中心區的溫度和密度，但在一定程度上也取決于太陽中氫、碳、氮的量。
由此立即可以找到一種分析太陽氣體成分的方法，即調整所涉反應物的濃度，使之精确符合太陽的視亮度。
最近
下表列出了太陽系的九大行星和小行星與太陽的距離，小行星似乎對應着各個小塊沒能聚集成一個大塊的特殊情形。
最後一欄數字特别讓人感興趣。
這些數字雖然有些出入，但都和2這個數值相差不遠。
因此我們可以提出一條近似規則：每顆行星的軌道半徑大緻是前一行星軌道半徑的兩倍。
行星名稱 與太陽的距離（以日地距離為單位） 各行星與太陽的距離同前一行星與太陽距離的比值 水星 0.387 金星 0.723 0.860 地球 1.000 1.380 火星 1.524 1.520 小行星 2.7左右 1.770 木星 5.203 1.920 土星 9.539 1.830 天王星 19.191 2.001 海王星 30.07 1.560 冥王星 39.52 1.310 有趣的是，一條類似的規則也适用于各個行星的衛星。
例如，下表列出的土星九顆衛星的相對距離便證明了這一事實。
衛星名稱 與土星的距離（以土星半徑為單位） 相鄰兩顆衛星距離之比 土衛一 003.11 土衛二 003.99 1.28 土衛三 004.94 1.24 土衛四 006.33 1.28 土衛五 008.84 1.39 土衛六 020.48 2.31 土衛七 024.82 1.21 土衛八 059.68 2.40 土衛九 216.80 3.63 和行星的情況一樣，這裡也有很大的出入（特别是土衛九），但幾乎毫無疑問的是，這裡也存在着同一種規則性的明确趨勢。
太陽周圍原有的那些塵埃雲為何沒有聚集成單一的大行星呢？為何恰恰又在這些距離處形成了幾大塊行星呢？ 要想解答這個問題，我們須對原始塵埃雲中發生的運動作某種更細緻的研究。
我們還記得，任何按照牛頓的引力定律圍繞太陽運轉的物體，無論是微小的塵粒、小隕石還是行星，都會描出一個以太陽為焦點的橢圓軌道。
如果形成行星的物質以前是直徑為0.0001厘米的一個個微粒，89那麼當時必定有大約1045個微粒沿着各種大小和伸長的橢圓軌道運動。
顯然，在這麼擁擠的情況下，微粒之間必定發生過無數次碰撞。
由于這些碰撞，整個系統的運動會變得更有組織。
不難理解，這些碰撞要麼導緻&ldquo交通違章者&rdquo粉身碎骨，要麼迫使它們繞道到不那麼擁擠的路線上去。
那麼，這種&ldquo有組織的&rdquo（或至少部分有組織的）&ldquo交通&rdquo是由什麼定律支配的呢？ 為了處理這個問題，我們先選擇一組微粒，它們繞太陽旋轉的周期相同。
其中一些微粒沿着某一半徑的圓周軌道運轉，另一些則沿着拉長程度不等的橢圓軌道運轉（圖119a）。
現在，我們試着從一個圍繞太陽中心旋轉并且與微粒周期相同的坐标系（X，Y）的角度來描述這些微粒的運動。
a.從靜止坐标系上觀察到的圓周運動和橢圓運動；b.從旋轉坐标系上觀察到的圓周運動和橢圓運動 圖119 從這個旋轉的坐标系來看，沿圓周軌道運動的微粒A顯然将永遠靜止于某點A&prime，而正在沿橢圓軌道繞太陽運轉的微粒B則有時接近太陽，有時遠離太陽；它圍繞中心的角速度接近太陽時大，遠離太陽時小；于是，它有時會超前于、有時會落後于勻速旋轉的坐标系（X，Y）。
不難看出，從這個坐标系來看，此微粒将會描出一條蠶豆形的封閉軌迹，在圖119中标為B&prime。
另一個微粒C沿着拉得更長的軌道運轉，從坐标系（X，Y）來看，它也會描出一條類似但稍大的蠶豆形封閉軌迹C&prime。
顯然，要想安排這群微粒的運動使之不緻相撞，必須使這些微粒在勻速旋轉的坐标系（X，Y）中描出的蠶豆形軌迹不會相交。
我們還記得，運轉周期相同的微粒與太陽的平均距離是相同的，因此它們在坐标系（X，Y）中不相交的軌迹圖案一定像一串圍繞太陽的&ldquo蠶豆項鍊&rdquo。
以上分析對于讀者來說可能有些難懂，但它所表述的其實是一種非常簡單的程序，其目的在于表明與太陽有相同平均距離因而有相同旋轉周期的各組微粒不緻相交的交通規則圖樣。
由于原始太陽周圍的那些塵埃雲微粒會有各種各樣的平均距離，從而有各種各樣的旋轉周期，所以實際情況一定會複雜得多。
&ldquo蠶豆項鍊&rdquo不會隻有一串，而是必定有很多串在以各種速度相對于彼此旋轉。
魏茨澤克認真分析了這種情況，他表明，要使這樣一個系統保持穩定，每條&ldquo項鍊&rdquo都必須包含五個渦旋系統，于是整個運動情況看起來就像圖120那樣。
這種安排可以保證每一個環内&ldquo交通安全&rdquo，但由于這些環的旋轉周期各不相同，所以在兩環相遇的地方一定有&ldquo交通事故&rdquo發生。
在一個環的微粒與相鄰環的微粒之間的這些邊界區域發生的大量碰撞必然會引發積聚過程，在這些特定距離上生長出越來越大的物體。
于是，随着每個環内的物質變得逐漸稀薄，它們之間的邊界區域會逐漸積聚物質，最後形成行星。
圖120 太陽原始外層中的塵埃通道 對太陽系形成過程的上述描繪簡單地解釋了支配行星軌道半徑的舊規則。
事實上，簡單的幾何思考表明，在圖120所示的那種圖樣中，相鄰環的相繼界線的半徑形成了一個簡單的幾何級數，每一項都是前一項的二倍。
我們還能看到為什麼指望這條規則會非常精确。
事實上，這條規則并非源于支配原始塵埃雲中微粒運動的某條嚴格定律，而隻是表達了否則便不規則的塵埃運動過程的某種傾向。
同樣的規則也适用于太陽系中各個行星的衛星，這一事實暗示，衛星的形成過程大緻也遵循着同樣的途徑。
當原始太陽周圍的塵埃雲分解成了将會形成行星的各組微粒時，此過程在各組微粒中均得到重複：大多數微粒聚集在中心形成行星，其餘微粒則在周圍運轉，逐漸凝聚成若幹衛星。
在讨論塵埃微粒的相互碰撞和生長時，我們忘了講占原始太陽包層總質量大約99%的氣體成分的去向。
這個問題比較容易回答。
當塵埃微粒碰來碰去，形成越來越大的物體時，無法參與這一過程的氣體會逐漸消散到星際空間中。
用比較簡單的計算就能表明，這種消散過程需要大約1億年的時間，也就是說與行星生長的時間差不多。
因此，當各個行星最終形成時，構成原始太陽包層的大部分氫和氦均已逃離太陽系，隻留下了微乎其微的一部分，即前面所說的黃道光。
魏茨澤克理論的一個重要推論是，行星系的形成并非獨特事件，幾乎所有恒星在形成過程中都會發生這種現象。
而碰撞理論則認為，行星的形成過程在宇宙曆史中非常獨特。
計算表明，被認為産生了行星系的恒星碰撞是極為稀罕的事件，在構成銀河系的400億顆恒星當中，在其存在的幾十億年時間裡，隻可能發生過少數幾次碰撞。
如果每顆恒星都有一個行星系統，那麼單單在我們的銀河系之内就會有數百萬顆行星，它們的物理條件幾乎與地球上相同。
倘若在這些&ldquo可居住&rdquo的世界中竟然沒有孕育出最高形态的生命，那才奇怪呢。
事實上，我們在第九章已經看到，最簡單的生命形态，比如各種病毒，僅僅是由碳、氫、氧、氮等原子構成的非常複雜的分子罷了。
任何新生的行星，其表面都會有足量的這些元素，因此可以确信，堅固的地殼得以形成并且大氣中的水蒸氣降下成為廣泛的水源之後，由于必要的原子以必要的秩序偶然結合起來，遲早會出現一些這類分子。
誠然，由于這些活分子極為複雜，導緻偶然形成它們的概率極低，這就像搖動一盒拼圖玩具就想讓它們偶然排成某個圖案的概率一樣低，但我們不要忘了，相互碰撞的原子有那麼多，時間又那麼長，總有可能出現想要的結果。
地殼形成之後，生命很快就在地球上出現了，這表明在幾億年的時間裡的确有可能偶然形成複雜的有機分子，盡管這看起來好像不大可能。
一旦最簡單的生命形态出現在新形成的行星表面，其繁殖過程和逐漸演化将會形成越來越複雜的生命形态。
90我們還不知道，在各個&ldquo可居住&rdquo的行星上，生命的演化過程是否和我們的地球上一樣。
對不同世界的生命進行研究，将有助于我們實質性地了解演化過程。
在不久的将來，我們會乘坐&ldquo核動力推進的太空飛船&rdquo作探險旅行，到火星和金星（太陽系中最&ldquo可居住&rdquo的行星）上去研究那裡可能有的生命形态，然而在千百光年以外的其他星界上是否存在着生命以及生命以何種形态存在，則可能是一個永遠無解的科學問題。
二、恒星的&ldquo私生活&rdquo 關于恒星如何産生自己的行星家族，我們已經有了一幅較為完整的圖像，現在我們要讨論一下恒星本身了。
恒星有怎樣的生命曆程？其誕生的細節如何？漫長的生命是如何度過的？最終又有什麼樣的結局？ 要研究這類問題，我們不妨先從太陽入手，因為它是組成銀河系的數十億顆恒星中相當典型的一顆。
首先，我們知道，太陽是一顆非常古老的恒星，因為根據古生物學的資料，它已經強度不變地照耀了幾十億年，維持着地球上生命的發展。
任何普通來源都不可能在這麼長的時間裡提供如此之多的能量，所以太陽的輻射問題始終是最令人迷惑的科學謎團之一。
直到發現了元素的放射性衰變和人工嬗變，隐藏在原子核深處的巨大能量源才被揭示出來。
我們已經在第七章看到，幾乎任何化學元素都可以看成一種蘊含着巨大潛在能量的燃料，将這些物質的溫度升高到幾百萬度，這種能量就會被釋放出來。
這樣的高溫在地球實驗室裡幾乎無法獲得，而在星際世界卻司空見慣。
以太陽為例，它的表面溫度隻有6000℃，但越往裡溫度就越高，到了中心則高達2000萬度。
根據觀測到的太陽表面溫度和太陽氣體已知的熱傳導性質，不難計算出這個數值。
正如知道了一顆土豆的表皮有多熱以及土豆物質的熱導率，無需切開就可以計算出它内部的溫度。
将這種關于太陽中心溫度的信息與關于各種核嬗變的反應速率的已知事實結合起來，就能查明太陽内部産生的能量是由什麼反應引起的。
這種重要的核過程叫作&ldquo碳循環&rdquo，是兩位對天體物理學問題感興趣的核物理學家貝特（HansAlbrechtBethe）和魏茨澤克同時發現的。
使太陽産生能量的熱核過程并不隻是單一的核嬗變，而是被稱為&ldquo鍊式反應&rdquo的一系列相互關聯的嬗變。
鍊式反應最有趣的特征之一在于，它是一條閉合的循環鍊，每經過六步就重新回到起點。
圖121是這種太陽鍊式反應的示意圖，從中可以看出，這種鍊式反應的主要參與者是碳核和氮核以及與之碰撞的熱質子。
圖121 使太陽産生能量的循環鍊式核反應 讓我們從普通的碳（C12）開始，我們看到，它與一個質子碰撞，形成了氮的輕同位素（N13），并以&gamma射線的形式釋放出一些原子内部的能量。
這一反應是核物理學家們所熟知的，在實驗室條件下已經用人工加速的高能質子實現出來。
N13的原子核并不穩定，它會自動釋放出一個正電子或&beta+粒子，變成碳的重同位素（C13）的穩定原子核，普通的煤中就含有少量的C13。
如果再被一個熱質子撞擊，這種碳同位素就會變成普通的氮N14，并且釋放出強烈的&gamma輻射。
（我們從N14開始也可以同樣方便地描述這個循環。
）N14核再與另一個（第三個）熱質子撞擊，變成不穩定的氧同位素（O15），它很快就會釋放出一個正電子而變成穩定的N15。
最後，N15再獲得第四個質子，裂成兩個不等的部分，其中一個就是開頭那個C12核，另一個是氦核也就是&alpha粒子。
于是我們看到，在這個循環的鍊式反應中，碳核和氮核是不斷重新産生出來的，用化學家的話來說，它們隻充當催化劑。
此鍊式反應的淨效應是，相繼進入循環的四個質子形成了一個氦核。
于是我們可将整個過程表述為：在高溫之下，氫在碳和氮的催化作用下嬗變成氦。
貝特表明，在2000萬度的高溫下進行的這種鍊式反應所釋放的能量與太陽實際輻射的能量完全相符。
其他任何可能的反應都會導出與天體物理學證據不一緻的結果，因此可以确定，太陽能主要是通過碳-氮循環過程産生的。
還要指出的是，在太陽内部的溫度條件下，完成圖121所示的循環需要500萬年左右的時間，因此當這樣一個周期結束時，起初進入反應的碳（或氮）核又會以當初的面貌重新出現。
曾有人說，太陽的熱量來自煤。
知道了碳在這個過程中所起的基本作用以後，現在我們仍然可以說這句話，隻不過這裡的&ldquo煤&rdquo并非實際的燃料，而是扮演了傳說中&ldquo不死鳥&rdquo的角色。
特别值得注意的是，太陽的釋能反應速率雖然主要取決于中心區的溫度和密度，但在一定程度上也取決于太陽中氫、碳、氮的量。
由此立即可以找到一種分析太陽氣體成分的方法，即調整所涉反應物的濃度，使之精确符合太陽的視亮度。
最近