在古代，天文學家曾為夜空中的星光感到困惑——它們是不是天頂上的洞，太陽光從中穿過？現在，我們對星星的理解已經深入得多了。
我們肉眼看到的星星隻是天空中的光點，其實，它們作為宇宙中的恒星，每個都像太陽一樣明亮，有的比太陽小，有的比太陽還大。要知道，當初有人提出恒星和太陽一樣這個觀點，是需要很大勇氣和魄力的，這對於當時的天文研究起到了非常大的促進作用。但是，現在看來，它還遠遠不夠準確！
約瑟·開普勒（1571～163）
人們逐漸明白，恒星其實是由熾熱氣體組成的球狀天體，它們的行為方式可以說是非常簡單。受引力作用，氣體被壓縮，溫度就會上升。質量和太陽差不多的恒星會在自身引力的作用下壓縮、升溫、發光。它的生命周期是有限的，一旦失去內在的熱源，它就會在1萬年左右冷卻消失。
19世紀的天文學家們經過研究發現，地球至少已經存在數百萬歲了，而且很可能不止這個年齡。太陽的年紀肯定比地球大！上世紀3年代，科學家們的認識更進了一步：恒星就像一個巨大的氫彈，由自身的萬有引力控製著爆炸的時間。核聚變提供的能量可以維持太陽數十億年的能量輸出，緩解它的壽命危機。不過，讓人意想不到的是，如此巨大的天體，其能量卻是來自體內極其微小的原子核。
我們知道，一個典型的原子構成是：中心一個原子核，原子核的周圍環繞著一群極性為負的電子。原子核包括不帶電的中子和帶正電的質子。質子的數量決定原子的屬性：例如，氫原子有1個質子，氦原子有2個，氧原子有8個，鐵原子有26個。在特定條件下（如高溫或吸收紫外線時），原子中的電子會脫離原子，但原子的特性不會因此而改變（質子的數量沒有變化）。
你可能還記得小學時學過的一些自然科學知識，比如同性相斥、異性相吸。如果把兩個原子核擠在一起，它們會由於帶有相同的極性而相互抵製。但是，在恒星的內核，溫度高達數百萬度——這就意味著原子核是在飛速運動，頻繁且劇烈地相互碰撞——與此同時，壓力也非常大，原子核實際上是被強行擠在一起的。靜電斥力被克服，原子核熔合在一起，產生聚變反應。
這種核聚變會產生兩個結果。首先，由於新的原子核比熔合前的任何一方的質子數量都多，聚變反應會形成一種新的原子。一般來說，兩個氫原子熔合形成氦（一個質子加一個質子等於兩個質子，即為氦原子），三個氦原子熔合形成碳，等等。實際上，這個過程要複雜得多，但主要的意思就是這樣。
第二，核聚變會釋放能量。按照正常的邏輯，核聚變後形成的原子的質量應該等於參與聚變過程的原子質量之和——兩小堆泥巴拍在一起形成的泥巴的重量當然應該等於兩小堆泥巴的重量之和。但核物理與我們日常接觸的現實世界是不同的：原子運動遵守量子力學定律，具有超自然屬性和反常識的行為特征。
在核聚變的過程中，小部分質量會轉化為能量。這個過程遵守愛因斯坦的著名公式E=mc2，產生的能量等於質量乘以光速的平方——而光速是一個非常大的數字。即便如此，參與核聚變的原子質量是非常小的，釋放的能量也就很小——一百萬個氫原子熔合形成氦原子產生的能量，僅相當於一個跳蚤跳躍一次的能量。
不過，恒星中蘊藏著大量的氫。正如我們在第二章中提到的，在太陽的內核，每秒鍾有7億噸氫通過聚變反應形成6.95億噸氦！少掉的5萬噸轉化為能量，為太陽提供能量，釋放維持我們生命所需的光和熱。實際上，釋放的能量還有另外一個用途，與太陽自身的萬有引力對抗：能量釋放形成的向外的擴張力與向內壓縮太陽的引力相互製衡。
在恒星家族中，太陽屬於較大的那一類（大部分恒星質量更輕、能量更小且不那麼明亮）；不過，更大更重的恒星也是有的。恒星內核發生的核聚變的速度和恒星的質量有很大關係，隨著質量的上升，核聚變速度明顯提高。比如，一個質量是太陽兩倍的恒星，在其內核中聚變反應的速度是太陽的十倍多，因此也比太陽明亮十倍；質量是太陽2倍的恒星——這樣的恒星有很多——“燃燒”其核原料的速度是太陽的36倍。就算這些恒星“燃料儲備”更充分，也無法維持太長時間。太陽能夠在數十億年內穩定地進行聚變反應，而質量是太陽2倍的恒星僅能維持幾百萬年。