导语：在知乎上，有知友问到“宇宙中没有氧气，为何太阳会燃烧出火焰？“。让我们看看太阳物理专业的大神
尚萌是怎样解答的。原来还是有这么多人
对大家评论的回复放在最后，回答中有讲的不清楚的地方欢迎提问~
以下是正文：
太阳物理专业的怒答一记。
有答主提到，太阳不是燃烧，因此这个问题根本没有意义。
但事实上，火焰、核聚变和太阳大气有更深刻的相似之处。
如
凌晨晓骥所说，火焰本质上就是一团电离气体。氧化过程提供的能量使气体电离，激发态电子在向低能级跃迁的过程中发出可见光，就形成我们所看到的火焰。太阳大气也是一团电离气体。从这个角度来说，太阳就是一团悬浮在宇宙中的超大的火焰，说太阳在燃烧并没有什么不妥。
这里，我们称这种电离气体状态为“等离子体态”。常见的等离子体见下图：
横纵坐标分别是物质密度和温度，从图中可以对这些物质的参数有一个直观的了解。
注意火焰、日冕（即太阳大气的最外层。太阳大气跟日冕的关系，做个不恰当的比喻的话，可以类比成，额，火焰和外焰的关系...）、磁约束聚变和太阳核心在图里的位置。从图中可见，日冕跟火焰的密度相近，但是温度要高4个数量级，达到数百万度。
那么，如何解答题主的疑问呢？火焰的能量产生机制，我们知道是氧化反应。可是，宇宙中没有氧气，太阳大气是靠什么机制来维持表面火焰状结构的能量呢？
看到这个问题，大家的第一反应可能会觉得是核聚变。确实，太阳核心的核聚变是太阳能够维持几十亿年发光发热的最终能量来源。
吴俊吴俊Sekiimo等答主已经从这个角度回答了问题。可是，具体到恒星表面火焰状结构的形成机制，则跟核聚变并没有关系。如下图所示，核聚变只发生在太阳核心，光子从太阳核心传递到太阳表面需要经过对流区和辐射区，要上百万年的时间，根本无法直接影响太阳表面的活动。
光子之所以要花这么长时间才能走完这几十万千米的路程，是因为这趟旅程对光子来说太艰难了！在辐射区，光子会被反复的吸收和重新辐射；在对流区，光子会跟物质反复碰撞，走出一条极其曲折的路径。下图是光子在对流区的无规行走：
按照现在的主流理论，太阳表面火焰状结构的产生机制，是磁重联。（重在这里读chóng，取磁场重新联接的意思）
先简单普及一下太阳物理的背景知识。
太阳内部是不透明的。使用光学和射电手段观测太阳的话，直接能看到的只是太阳大气。太阳大气从里到外，被人们分为光球层、色球层和日冕三层。在不考虑日震学的情况下，太阳物理其实主要就是太阳大气物理。光球层和色球层是很薄的（公里和公里），温度也比较低（≈度），而日冕的厚度则可以达到好几个太阳半径，温度猛增至数百万度。
光球层、色球层和日冕的结构如下图所示：
太阳大气中可以产生极为复杂和剧烈的现象，如延伸数十万公里像拱门一样的日珥、相当于数百亿颗百万吨极氢弹爆炸的耀斑、对地球影响最大的日冕物质抛射等。日面上看起来像火焰的东西往往就是这些结构。
这就是宇宙中熊熊燃烧的火球，我们的太阳：
那么，这些火焰状结构的本质是什么？
核聚变显然是要排除的。光球和色球温度太低了，不可能产生核聚变；日冕温度虽高，但过于稀薄，甚至可以用无碰撞粒子模型来描述，更加不可能产生足够的轻核汇聚。如果核聚变不可能发生，还有什么机制可以解释这些复杂剧烈的能量释放过程呢？
还是有的，那就是我们的主角——磁重联。
我们往往倾向于忽视磁场的能量。这是合理的，因为地磁场实在太低调了。每个人每时每刻都处在地球磁场中，但对我们来说，地磁场除了使指南针偏转、让高纬度偶尔出现一次极光之外，似乎就没有其他的影响了。原因很简单，除了地磁场本身的强度比较弱之外，更重要的是，地球上的事物绝大部分都处于电中性状态。
下图是地磁场，中间的小球是地球。
与地磁场的低调不同，太阳的磁场环境完全不一样。
太阳表面的物质处于高电导率等离子体状态，受磁冻结效应的支配。这里的“冻结”不是温度低的意思，通俗的讲，是说磁感线跟物质冻结在一起，物质如何运动，磁感线就如何运动。
这是什么意思呢？为了让大家对这个概念有一个直观的印象，再放一张图。
这是太阳表面的磁拱。从图中可以清晰的看到，物质沿着环状磁力线排布，形成拱形的细丝状结构。这些沿着磁力线的细丝状物质的密度要比周围的背景密度大3-4倍。
插播内容：
理工生福利：为什么会有磁冻结效应？（谢
LouisStuart补充）首先是参数范围：磁冻结效应只发生在电导率极大的理想等离子体中，太阳大气在大多数情况下都可以满足这种条件！
根据法拉第定律，磁场的变化有电场与之对应；
电场和磁场共同影响带电粒子的运动，因此电流（即带电粒子的运动）与电场和磁场有关；
通过这两个方程，我们可以得到磁场演化的微分方程。
如果电导率无限大，磁场的扩散项被消掉，就只剩下冻结项了。
这时：
1.起初位于某根磁力线上的流体质点，以后将一直位于该磁力线上；
2.通过和流体一起运动的任意曲面的磁通量守恒。
这就是磁冻结效应。
下接正文：
由于太阳不同纬度的物质自转速度不同，且太阳内部和外部大气之间总是有物质对流，太阳表面的磁场会随着物质运动不断的扭曲、缠结，像弹簧一样不断的存储能量，最终形成磁绳等极度扭曲的磁结构。见下图：
弹簧扭曲过度的话会断裂，猛地弹开把能量都释放出来，磁场也是如此。当在很狭窄的空间区域内出现方向相反的磁场时，磁场线碰到一起会发生湮灭，将原本扭曲的磁力线重新排布。在此过程中，大量的磁能释放了出来。这就是磁重联。
上几张卡通图，可以看的更清晰一点。
按照现有的理论，磁重联是太阳表面所有高能现象的来源。
不再多说，上图。注意看磁力线纠缠的地方。
耀斑爆发：
日冕物质抛射：
日珥：
地磁尾重联：
太阳风磁重联对卫星的影响：
磁暴发生时，太阳风暴与输电线的相互作用：
（多谢
乔小海指正，太阳风暴对输电线的影响并不是通过磁重联，而是通过影响地磁场来产生强地磁感应电流，从而使变压器发生半波饱和。不过这幅图很酷，就还是保留在这里了~）
对一些大家提到的问题的回复：
1.自转的能量从哪里来，和内部核聚变的关系能否讲讲？
张晓光A：这是个好问题。
太阳的自转，叫做较差自转（不要吐槽这个名字……）
什么意思呢，是说太阳不同的纬度，自转角速度不同。
正常的固态星体，自转速度来自星体形成时积累的相角，之后由于角动量守恒就一直转了……（当然这个要深挖也能说一堆东西的）
对于太阳这样的流体星体，较差自转的维持来自于星体内部的对流。
而对流是怎么产生的呢？简单说就是高温高密的核心物质向外流动了~
所以这个关系是这样的：
太阳核心核聚变-辐射区-对流区-较差自转-维持太阳磁场-磁能通过磁重联释放
2.你说的磁场扭曲断裂，是不是会产生成对的太阳黑子？太阳耀斑喷射的带有强磁场的气团，就是磁场碎片嘛？
刘洋A：黑子是太阳上磁场比较强的地方，双极黑子确实伴随着很强的反向磁场。
黑子的产生机制比较复杂，有的黑子很稳定，有的很快就消失了，未必是磁场扭曲断裂产生的。
一般认为，黑子的形成与磁流浮现机制有关。
如下图所示：
环形磁场在对流的不稳定性下向上浮，直到满足静力学平衡为止。此时，环足点处（图中黑块）形成双极黑子。
太阳耀斑喷射的带有强磁场的气团，气团会带着磁场一起跑，这也是磁冻结效应的体现。
3.日冕是大气最外层，几百万度，光球层是大气最内层，度，是什么原因导致内凉外热，而且差那么大？
吧扎嘿A：这也是个好问题，可惜我不能给出确定的答案……
因为，日冕反常加热问题是太阳物理中非常重要的一个未解决问题，围绕这个问题提出的相关理论太多了。如耀斑加热、阿尔文波加热等等。
我们组里面就有人靠这个吃饭的……
4.能用人造磁体模拟吗？
陈陈陈A：如果说模拟真实太阳活动的话，没钱呀……
那些做实验室模拟的，几米直径的设备就是大设备了，太阳直径百万千米，一个日珥能塞进去十几个地球，大家感受下……
5.“日冕的厚度则可以达到好几个太阳半径”，不能理解。太阳不是个球体吗？日冕层的厚度能超过太阳半径？我糊涂了！
关文凯A：这里的太阳半径没有算太阳大气，就像地球半径不计算地球大气一样。
6.感觉好厉害，其实我很好奇人们是怎么研究和观察太阳的呢？单是能区分出光球层和色球层这一点就觉得很不可思议……毕竟我觉得一般来说人类连发个接近太阳的探测器都很少有
FinnegansWakeA：确实，太阳观测卫星大都在地球轨道上，很少有接近太阳直接绕太阳转的探测器。那些绕太阳转的探测器，如两颗STEREO卫星，也躲在地球绕日轨道附近。（谢
乔小海指出）
观测太阳的手段，主要有卫星观测和地面太阳望远镜观测两种，其中地面观测只能观测可见光和射电波段，卫星观测则可以覆盖全波段。另外，也有对太阳高能粒子的探测。
这个谈细节的话可以单独写一篇文章了，我不是做观测的，就不多说啦~
光球层和色球层的区别的话，这个很有意思。
光球层可以理解成人们能直接看到的太阳最里面的那一层，再往里面就不透明了。做个不恰当的类比的话，光球层相当于地球的地表。人们接收到的宁静太阳（指不考虑太阳活动的情况）的辐射主要来自于光球层。通过肉眼看太阳的话，人们看到的太阳表面就是光球层。
色球层在地球上用肉眼是不能直接看到的，因为色球的辐射会被大气层散射掉。人们最早看到色球层是在日全食的时候，这时候，光球层的强辐射被遮挡，观测者能用肉眼看到太阳圆面周围有一层非常美丽的玫瑰红色的辉光。这就是色球层。
7.答住不知道看过《三体》这本科幻小说没有，其中有一个说法希望答主能给看看是不是合理，太阳可以让充当放大电磁信号的作用，将能够穿透太阳对流层的低能电磁波，放大很多倍重新释放出去。具体参见《三体地球往事》23章红岸之五。当然毕竟是科幻小说中间出现的内容，很可能是虚构，我这门外汉也只能投靠答主来满足一下求知欲了，如果找不到书可以私信我发你
罗之睿A：哈哈这个我要答~
《三体》我是从高三开始在《科幻世界》上追连载的哦~
大刘有的科幻构想是纯脑洞的，比如说，太阳对辐射的放大作用……
除了《三体》里，太阳当了叶文洁的电磁波放大器之外，《全频带阻塞干扰》里还有一个宇宙飞船冲进太阳里引发超级太阳风暴挽救中国命运的……
真要从太阳物理的角度来分析的话，我只能很遗憾的说，完全没有可能的……
btw，这样的问题我也问过的。曾问过我们这边做银河系射电观测的同学，如果把你们的射电望远镜对准太阳会发生什么？她告诉我，会被烧坏......
（话说为什么没问做太阳射电观测的，因为我觉得雷达峰射电望远镜既然是以搜索外星文明为目的，应该跟我们做银河系巡天的望远镜更像……）
8.谢谢答主的回复。第一个问题还是有些不理解，等离子气体从激发态回到基态时放出能量，产生我们看到的火焰，那么既然日冕的气体本来就是完全电离的那为什么还说是磁重联现象导致的火焰呢？
大缺弦A：这里是我的问题，这个地方没说明白。
先在这里解释一下，以免让大家误解。正文改起来比较麻烦，回头再改。
大致是这样的：
题主的问题比较模糊，可以理解成恒星整体发光发热的机制，也可以理解成恒星表面火焰状结构的形成机制，我是从后面这种理解入手答的。
太阳表面可以分为“宁静太阳”和“太阳活动区”两部分。
“宁静太阳”就是不考虑太阳表面的活动爆发情况的稳定太阳。在这种模型下，有光球、色球、日冕这些壳层划分，日冕高温完全电离，光球低温部分电离等等。这些构成了一个稳定的等离子体球。这样的等离子体球状稳定结构的形成与日核的核聚变机制密不可分。在这种模型下，不需要考虑磁重联。
答案里提到的“太阳表面的火焰状结构”，主要指的是“太阳活动区”情况，即在“宁静太阳”的背景上发生的剧烈高能活动。这些活动的机制是磁重联。
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