第一節 太陽係來源之謎
自從哥白尼的日心說宣告了太陽係的存在以來。人們經常在問：我們的太陽係是本來就有的嗎？它有沒有形成和演化的曆史？
早在1644年，法國大哲學家笛卡兒在《哲學原理》一書裏就最早提出了原始太陽星雲的概念，猜測太陽係是太初混沌之時物質微粒在宇宙旋渦中逐漸形成的。原初物質在各種大小渦流中因摩擦而變得勻滑，落入旋渦中心的原始物質形成了太陽；而被渦流俘獲的原初物質則形成了地球和其他行星：衛星在次級渦流中生成；較細的殘餘微粒形成了透明的天空。笛卡兒的“以太旋渦說”是近代第一個關於太陽係起源的星雲假說。
1745年，法國博物學家布豐出版了《一般的和特殊的自然史》一書，其中提到行星形成的第一個“災變說”。那年曾經有一顆大彗星運行到離太陽僅23萬千米的地方，幾乎同太陽“擦肩而過”。當時的人們都以為太陽是一塊燒紅了的大石頭。後來成為法國皇家植物園園長的布豐因而突發奇想，設想有一顆大彗星在多少年前曾掠碰了固態太陽的邊緣，撞出的熾熱物質最後冷凝成了行星和衛星，於是有了太陽係。
布豐以來的二百多年間，太陽係起源問題一直是科學界最為困惑而又最具魅力的謎團之一。圍繞這一問題學派林立，五花八門的假說有近百種，理論的鍾擺一直在笛卡兒星雲說和布豐災變說之間擺來擺去，莫衷一是。雖然各種學說都有一定的觀測依據和某種理論背景，某些說法也已經為今天的多數天文學家所接受，但至今還沒有一個學說能完美地說明太陽係的所有特征而獲得科學界的共識，令人驚奇的是這種情況不僅沒有使人氣餒，反而持續激起了一浪高過一浪的“太陽家族尋根熱”。
第二節 太陽的起源之謎
清晨，當你站在茫茫大海的岸邊或登上五嶽之首的泰山，眺望東方冉冉升起的一輪紅日時，一種蓬勃向上的激情會從心底油然而生。人們熱愛太陽，崇拜太陽，讚美太陽，把太陽看做是光明和生命的象征。“雨露滋潤禾苗壯，萬物生長靠太陽”這句話道出了人和地球上的生命離不開太陽。可是太陽是怎麼來的呢？
太陽在人類生活中是如此的重要，以致人們一直對它頂禮膜拜。中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽神。印度人認為，當第一道陽光照射到恒河時，世界才開始有了萬物。而在希臘神話中，太陽神被稱為“阿波羅”。他是天神宙斯的兒子，他高大英俊，多才多藝，同時還是光明之神、醫藥之神、文藝之神、音樂之神、預言之神。他右手握著七弦琴，左手托著象征太陽的金球。
要了解太陽的起源，就必須了解地球的起源，因為地球和太陽的起源是分不開的。曆史上第一個科學地解釋地球和太陽係起源問題的是康德和拉普拉斯兩位著名學者，他們認為太陽係是由一個龐大的旋轉著的原始星雲形成的。原始星雲是由氣體和固體微粒組成，它在自身引力作用下不斷收縮。星雲體中的大部分物質聚集成質量很大的原始太陽。
與此同時，環繞在原始太陽周圍的稀疏物質微粒旋轉加快，便向原始太陽的赤道麵集中，密度逐漸增大，在物質微粒間相互碰撞和吸引的作用下漸漸形成團塊，大團塊再吸引小團塊就形成了行星。行星周圍的物質按同樣的過程形成了衛星。這就是康德－拉普拉斯星雲說。
星雲說認為，地球不是上帝創造的也不是在某種巧合或偶然中產生的，而是自然界矛盾發展的必然結果。通過唯物主義觀點，用物質的運動來說明天體的演化，星雲假說起了很大的作用。然而由於曆史條件的限製，這個星雲說也存在一些問題，但他認為整個太陽係包括太陽本身在內，是由同一個星雲主要是通過萬有引力作用而逐漸形成的這個根本論點，在今天看來仍然是正確的。
關於地球和太陽係起源還有許多假說，如碰撞說、潮汐說、宇宙大爆炸說，等等。自20世紀50年代以來，這些假說受到越來越多的人的質疑，星雲說又躍居統治地位。許多天文學家對地球和太陽係的起源不僅進行了一般理論上的定性分析，還定量地、較詳細論述了行星的形成過程，他們都認為地球和太陽係的起源是原始星雲演化的結果。
原始星雲在萬有引力作用下繼續收縮，同時旋轉加快，形狀變得越來越扁，逐漸在赤道麵上形成一個“星雲盤”。組成星雲盤的物質可分為“土物質”、“水物質”、“氣物質”，這些物質在萬有引力作用下，又不斷收縮和聚集，形成許多“星子”。星子又不斷吸積、吞並，中心部分形成原始太陽，在原始太陽周圍形成了“行星胎”。原始太陽和行星胎進一步演化，形成太陽和行星，進而形成整個太陽係。
太陽處於太陽係的中心，是太陽係的主宰。它的質量占太陽係總質量的99.8％。所以，它有足夠強大的吸引力，帶領它大大小小的家族成員圍著自己不停地旋轉。太陽是我們唯一能觀測到表麵細節的恒星。我們直接觀測到的是太陽的大氣層，它從裏向外分為光球、色球和日冕三層。雖然就總體而言，太陽是一個穩定、平衡、發光的氣體球，但它的大氣層卻處於局部的激烈運動之中。如：黑子群的出沒、日珥的變化、耀斑的暴發，等等。太陽活動現象的發生與太陽磁場密切相關。太陽周圍的空間也充滿從太陽噴射出來的劇烈運動著的氣體和磁場。天文學上太陽的符號是⊙，它象征著宇宙之卵，是生命的源泉。
太陽目前功能還沒有盡失，還會保持相當久遠的時間。可是總有一天太陽也會熄滅而且解體，但是，在太陽的這個位置上還會產生超新星，就是新太陽了，還會生成很多新的行星，還會產生人類這種生命。新太陽太熱時，人類的產生會在遠離太陽的行星上，新太陽變涼時，人類的產生就會在離太陽較近的行星上。
隨著科技的進步，人們對地球和太陽係起源的認識已經達到了相當深的程度，但是這種認識還很不完善，仍然存在著許多疑點和問題，有待我們進一步去探索和研究。
第三節 太陽上到底有多少種元素
1868年8月18日，印度發生了一次日全食。法國經度局研究員、米頓天體物理天文台台長詹森為了抓住這千載難逢的觀測機會，特意帶著他的考察隊專程趕往印度觀測，希望弄清日珥現象產生的原因。他在觀測日全食時發現太陽的譜線中有一條黃線，並且是單線。而鈉元素的譜線是雙線，所以詹森肯定它不是早就發現的那種鈉元素，第二天的觀測也證實了這一點。
詹森把太陽中存在又一新元素的重大發現寫信通知了巴黎科學院，1868年10月26日這一天，詹森收到了另一封內容相同的信，那是英國皇家科學院太陽物理天文台台長洛克耶寄來的。兩個著名科學家不約而同地發現，使人們確認了這是一個新元素。這就是在地球上發現的第一個太陽元素——氦。後來，人們在地球上也發現了氦元素。
在1869年和1870年，科學家們又進行了兩次日全食觀測，人們又發現了一條綠色的譜線，天文學家們證實這也是一種新元素，並給它命名為“氪”，但這個元素後來沒有被列入化學元素周期表。瑞士光譜學家艾德倫經過七十多年的研究，發現“氪”不過是一種殘缺的鐵原子——鐵離子。它是失去9至14個電子的鐵，是一種極其特殊的環境下的鐵。
經過長期的觀測，科學家們發現，太陽上元素最多的是氫和氦，比較多的元素有氧、碳、氮、氖、鎂、鎳、硫、矽、鐵、鈣10種，還有六十多種含量極其稀少的元素。到20世紀80年代，科學家們認定的太陽上有73種元素。此外還可能有從氫到氦19種元素存在，其中包括9種放射性元素。
太陽上到底有多少種元素，相信隨著探測技術的進步，這個謎很快就能解開。
第四節 太陽的年齡和能量之謎
《聖經》中記載：上帝說要有光，於是宇宙中就充滿了光明。上帝認為要有日月星辰，天空中就出現了太陽、月亮和群星。此後，上帝又創造出人類的鼻祖——亞當和夏娃，以及形態各異的動植物。
無神論者對上帝創造宇宙最有名的批駁是：為什麼在日月星辰這些發光體誕生前光就存在了？光是誰發出的？太陽係的年齡究竟有多大？
我們知道，樹的年齡可以從年輪的條紋數來確定；馬的年齡可以從它們的牙齒來數出，如果太陽係中也存在與上述類似的有助於確定其年齡的某些標誌或跡象，我們就能夠知道太陽係的年齡。1847年，德國物理學家邁爾提出“能量守恒定律”。能量既不能無中生有，也不會憑空消失，它隻有從一種形式轉化為另一種形式。
那麼，太陽的能量是從哪兒來的呢？
假定太陽是一大堆普通的火，而它完全由碳和氧組成，那麼為了維持它目前的發光速率，這堆巨大的混合物隻消幾千年就會焚燒殆盡。另一種可能是隕星撞擊太陽時的動能轉化成熱和光。倘若事實果真如此，那麼由於隕星的積累，30萬年後太陽的質量就會增加1％。這樣它的引力就會逐漸增強，地球的公轉就會因此而變快，地球上每一年時間的長度就會比前一年縮短2秒鍾。可是實際上並沒有發生這樣的情況。
此後，科學家設想太陽本身的物質在向中心沉落，因此太陽在不斷收縮。向中心運動的能量將轉化為熱和光，而且太陽的質量並不改變，也不會影響地球年的長度。假定開始時太陽的物質布滿了地球軌道以內的整個空間，那麼經過1800萬年，它就會縮成目前的大小。科學家斷定，地球一定在1800萬年之前就從當時那個“胖”太陽的表層物質中形成了。然而，地質學上的許多證據卻表明，某些地質變化經曆的時間遠遠超過1800萬年。這又是怎麼一回事呢？
1896年，法國物理學家貝可勒爾發現了“放射性”，它與原子核的變化有關。不同的原子核擁有不同數量的質子和中子。由一種原子核變成另一種原子核的過程叫做“核反應”，由此產生的能量就是核能。
1905年，德國物理學家愛因斯坦提出了“狹義相對論”。它有一個結論：質量乃是極端集中的能量形成，很少的質量就能轉化為巨大的能量。假如太陽的能量源自某種核反應，那麼為了確保它像現在這樣發光，就必須在每一秒鍾內將460萬噸物質轉化為能量。這個數字聽起來好像很大，但與太陽本身的巨大質量相比卻微不足道。因此太陽有生以來差不多一直就像今天一般大。
放射性還可以用來測定地球的年齡。例如任何數量的鈾都要經曆45億年才會有一半衰變為鉛，因此測定一塊含鈾岩石中有多少鉛，就可以推算出組成該岩石的那些鈾原子的衰變過程已經持續了多久。現在看來固態地殼大概已經存在了46億年。在此以前，地球可能是正在緩緩凝聚的物質，也可能以熔岩的形式存在。
太陽的年齡至少也得像地球一般大，或者還要更老一些。核能是否能在這麼長的時間內始終維持太陽的光和熱呢？倘若能夠的話，它的核燃料又是什麼？是鈾的放射性衰變嗎？天文學家們在研究太陽的光譜線時發現，太陽大約有71％是氫，27％是氦，所有其他元素的含量都微乎其微。因此，太陽的能量來源必定涉及氫與氦的變化，其他任何元素的含量都太少，都不足以滿足這方麵的要求。
氫原子核就是一個質子。氦原子核由2個質子和2個中子組成。4個氫核可以通過“核聚變”而合成一個氦核（當然，這時就會有2個質子轉變成為中子）。氫彈的能源正是這種聚變過程。如果它也是太陽的能源，那麼我們就可以把太陽看成一個碩大無比而永遠在爆炸著的氫彈。不過，它自身的強大引力使它不至於被炸得粉身碎骨。
如果太陽在一開始時是純氫的，那麼它大約要花200億年的時間才能形成目前這麼多的氦。不過，天體物理學家們已經證明，太陽在一開始就含有相當數量的氦，由此推算出它的年齡是50億歲左右。
科學家估計，再過50億年，太陽的大部分氫會聚合成較重的氦，氦需要更高的溫度才能聚合成碳，因氦較重，其引力會更強，使太陽中心壓力加高，當氣體壓力增高時，按氣體定律，溫度就會自動提高，當太陽大部分是氦時，其中心溫度會增高到現在的10倍，達到1億度時氦就聚合成更重的碳，然後因引力會產生更高的溫度而將碳聚合成氮。如此重演累進到氧等更重的物質，一直到鐵，在高溫中所有物質都成為氣體。
當太陽的氦開始聚合時，它將成為一個巨大的氦原子彈而爆炸，使直徑擴大一百多倍。因膨脹過大，其表麵溫度反而會降低，使太陽表麵的顏色從現在的高溫白色變成低溫的紅色，成為一顆“紅巨星”。一旦太陽沒有熱能來源時，它會開始冷卻坍縮，坍縮到最後會使太陽中心具有很高的壓力。高到將原子外層電子殼壓潰，使電子不再在核子外旋轉，電子與核子成為沒有規則結構的高密度混合物，這時太陽就成為一顆“白矮星”，以後漸漸冷卻暗淡，成為“黑矮星”。至此，太陽的活動就徹底結束了。
如果一顆恒星有10倍太陽的質量，聚合過程中溫度會升高得很快而引起“超新星爆炸”，大爆炸的中心會形成一個密度極高的中子星。如果一顆恒星有太陽30倍以上的質量，大爆炸的中心則有可能形成一個黑洞。