太阳是太阳系的中心天体，如同一个巨大的气态球体，其直径约为 139.2 万千米，大约是地球直径的 109 倍；质量更是高达约 2×10的30次方千克，约为地球的 33 万倍 ，占据了太阳系总质量的 99.86%，这样的质量优势使其在太阳系中拥有绝对的统治地位，让其他行星、卫星、小行星等天体都围绕着它旋转。
从物质构成来看，太阳主要由氢和氦组成，其中氢元素约占太阳质量的 73%，氦元素约占 25%，而氧、碳、氖、铁等其他元素的总和仅占约 2% 。这些物质在太阳内部高温、高压和强磁场的极端环境下，以等离子态的形式存在，为核聚变反应的发生创造了条件。
太阳内部的核聚变反应主要以质子 - 质子链反应为主，这是一个复杂而有序的过程，大致可分为三个步骤。
第一步，两个氢原子核（即质子）在高温高压的作用下，克服彼此之间的静电斥力靠近并发生聚合，形成一个双质子氦核。但这个双质子氦核极不稳定，会迅速发生 β-plus 衰变，其中一个质子转变为中子，同时向外释放出一个正电子、一个中微子以及 0.42MeV 的能量 。β-plus 衰变产生的正电子会立刻与附近的电子发生湮灭，这一湮灭过程又会产生两个 γ 射线光子和 1.022 MeV 的能量。
在第二步中，新生成的氘（由一个质子和一个中子组成）在短短 4 秒钟内，就会与另一个氢原子核发生聚变，生成氦 - 3 核，同时释放出一个 γ 射线光子和 5.49 MeV 能量 。
到了第三步，两个氦 - 3 核相互靠近并发生聚变，生成一个稳定的氦 - 4 原子核（α 粒子），同时释放出两个质子 。在这个过程中，中微子很少与其它物质相互作用，它能以极快的速度冲出太阳，仅需 2.3 秒便消失无踪；而 γ 射线光子则携带了大量能量，在太阳内部经历漫长的旅程。
在太阳内部温度更高的区域，质子 - 质子链反应的效率会降低，此时碳氮氧循环反应成为主要的能量生成过程。
碳氮氧循环反应以碳 - 12（C - 12）为核心，是一个较为复杂的核反应链。首先，碳 - 12 与一个氢核碰撞，生成氮 - 13（N - 13）和一个 γ 光子，氮 - 13 不稳定，会通过 β+ 衰变变为碳 - 13（C - 13），同时释放出一个正电子和一个中微子；接着，碳 - 13 与另一个氢核碰撞，生成氮 - 14（N - 14）和一个 γ 光子；氮 - 14 再与一个氢核碰撞，生成氧 - 15（O - 15）和一个 γ 光子；氧 - 15 通过 β+ 衰变变为氮 - 15（N - 15），同时释放出一个正电子和一个中微子；最后，氮 - 15 与一个氢核碰撞，生成碳 - 12 和一个氦 - 4，完成一个循环。
在这个循环中，碳、氮、氧的核起到了类似 “催化剂” 的作用，数量在反应前后保持守恒 。虽然碳氮氧循环在太阳中产生的氦 - 4 仅占约 1.7%，但在质量更大的恒星中，它却是主要的能量产生方式。
从理论上来说，太阳核心约 1500 万摄氏度的温度和 3000 亿个大气压的压强，似乎并不足以使氢原子核克服强大的静电斥力而发生核聚变反应。按照经典物理学的观点，氢原子核之间的库仑斥力会阻止它们靠近并融合。
然而，量子力学中的量子隧穿效应却打破了这一常规认知。量子隧穿效应允许微观粒子在能量不足的情况下，有一定概率穿越在经典力学中无法逾越的能量势垒 。
在太阳核心，氢原子核虽然能量不足以直接克服库仑斥力，但通过量子隧穿效应，它们有极小的概率靠近并发生聚变反应。虽然这种概率很低，但由于太阳核心存在着巨量的氢原子核，使得核聚变反应能够持续稳定地进行，为太阳提供源源不断的能量 。
正是量子隧穿效应这一神奇的微观现象，解释了太阳内部核聚变反应得以发生的奥秘，让太阳能够持续发光发热数十亿年，成为地球上生命赖以生存的能量源泉。
太阳核心核聚变产生的 γ 射线光子，开启了它们从太阳核心到表面的艰难旅程 。由于太阳内部物质密度极高，特别是在辐射区，光子每前进 0.1 毫米至 1 厘米（平均自由程），就会撞上其他的粒子，并被其吸收 。
当粒子吸收光子后，会处于激发态，但这种状态不稳定，粒子很快就会退激并释放出一个光子 。而新释放出的光子的方向是完全随机的，它可能朝着太阳表面前进，也可能朝着太阳内部返回，就像一个迷失方向的旅行者在迷宫中徘徊 。
在这样不断被吸收和释放的过程中，光子的能量也在持续降低 。因为每次吸收和释放的过程都伴随着能量的转换，光子在与物质的相互作用中，将部分能量传递给了物质粒子，自身的频率不断降低，波长不断变长 。从高能的 γ 射线光子逐渐转变为能量较低的紫外线、可见光和红外线光子 。
科学家通过复杂的理论模型和计算估算，光子要从太阳核心穿越辐射区到达太阳表面，平均需要花费 1 万 - 17 万年的时间，也有研究认为这个时间可能长达 100 万年 。
这漫长的时间与我们日常生活中光在真空中传播的速度形成了鲜明的对比，让人难以想象光子在太阳内部经历了怎样曲折的历程 。但正是这种看似缓慢的能量传递过程，保证了太阳能够稳定地向外辐射能量，为地球上的生命提供了持续而稳定的光和热来源 。
光球层是太阳大气的最底层，也是我们平常肉眼看到的太阳表面，它的厚度相对较薄，大约只有 500 千米 ，这在太阳庞大的体积面前，就如同薄薄的一层 “皮肤”。光球层的温度约为 5500 摄氏度，相较于太阳核心的 1500 万摄氏度，这里的温度要低得多 。其气体密度也非常低，只有 0.2 克 / 立方米，大约仅有地球海平面空气密度的 1/6000 ，几乎接近真空状态，用 “薄纱” 来形容它的稀薄程度再合适不过。
光球层的底部温度约为 5730°C，这里严重缺乏 H⁻离子（氢负离子） 。H⁻离子的缺乏使得大气更容易吸收光子，导致太阳内部绝大部分波长的光线都无法穿透光球层的底层。而我们所看到的太阳可见光，绝大部分是在光球层上部大气中氢原子与电子反应生成 H⁻离子时产生的 。在这个区域大约有 3% 的氢气被电离，这些电离过程伴随着能量的释放，从而产生了绝大部分我们日常所见的可见光 。
科学家通过对光球层发射的可见光光谱进行研究，发现其中存在黑色的吸收线，这些吸收线表示相应波长的光被吸收，这也进一步证实了光球层对太阳内部光线的屏蔽作用以及其自身产生可见光的特殊机制 。
色球层包裹在光球层之外，厚度约为 2000 千米 ，这里的大气更加稀薄，但温度却呈现出奇特的分布。在色球层与光球层交界处的温度只有 4230°C，但随着高度的上升，到了色球层的顶端，温度却急剧上升到几万度 ，这种巨大的温差使得色球层的物理性质十分复杂。色球层是一个充满着磁场的等离子体层，高温等离子体流与磁场之间存在着复杂的相互作用 。
这种相互作用导致色球层经常爆发剧烈的太阳活动，如太阳耀斑、日珥等 。当太阳耀斑爆发时，会释放出巨大的能量，同时对外发射紫外、远紫外、X 射线，以及远红外区和射电波段的辐射 。日珥则像是从太阳表面喷出的巨大 “火焰喷泉”，形态各异，有的如浮云烟雾，有的似飞瀑喷泉，它们也是色球层能量释放和物质活动的重要表现形式 。这些不同波段的辐射和剧烈的活动现象，让色球层成为太阳辐射中不可或缺的一部分，也为太阳物理学家研究太阳的活动规律和能量释放机制提供了丰富的研究对象 。
日冕层是太阳大气的最外层，它的范围极其广阔，从色球层的顶部一直向外延伸到几倍太阳半径的距离 ，可以说日冕层是太阳与星际空间的过渡区域。这里的等离子气体极其稀薄，其密度比色球层还要低得多，但温度却高达 100 万度 ，如此高的温度与稀薄的物质形成了鲜明的对比。
由于高温和稀薄的特性，日冕层可以向外辐射低量的可见光、X 射线、远紫外、紫外辐射、还有一些射电辐射和高度电离的离子 。在日全食时，我们可以看到日冕层发出的银珠色光芒，它像一顶巨大的帽子笼罩着太阳 。日冕层中的物质和能量活动也非常复杂，存在着冕流、冕环等结构，这些结构与太阳的磁场密切相关 。
日冕物质抛射是日冕层中一种剧烈的活动现象，大量的等离子体和磁场被突然抛射到太阳系空间，对地球的空间环境和人类的航天活动等产生重要影响 。日冕层的辐射和活动不仅丰富了太阳的辐射频谱，也对太阳系的空间环境产生着深远的影响 。
在经历了太阳内部复杂而漫长的能量产生与传递过程后，光子终于从太阳表面出发，向着地球飞奔而来 。光在真空中的传播速度约为 299792.458 千米 / 秒 ，而太阳与地球之间的平均距离约为 1.5 亿千米 。根据简单的公式 “时间 = 距离 ÷ 速度”，我们可以计算出太阳光从太阳表面传播到地球大约需要 8 分 18 秒 ，这意味着我们此刻看到的太阳光，其实是太阳在 8 分 18 秒之前发出的，当我们仰望太阳时，看到的是它过去的模样。
在地球大气层的上方，垂直于太阳光的单位面积上接收到的太阳光功率大约为 1368 瓦 / 平方米 ，这个数值被称为太阳常数 。然而，当太阳光穿过地球大气层时，会与大气中的气体分子、尘埃、水汽等物质发生相互作用 。一部分光线会被散射，改变传播方向；一部分会被吸收，其能量被大气中的物质所吸收，转化为其他形式的能量 。经过大气层的削弱后，在晴朗无云的正午，我们在赤道表面接收到的阳光能量大约是 1000 瓦 / 平方米 。
太阳光对于地球生命和环境有着极其重要的意义 。从生命的角度来看，它是地球上几乎所有生命活动的能量源泉 。植物通过光合作用，利用太阳光将二氧化碳和水转化为氧气和有机物，为地球上的生物提供了食物和氧气 。动物则直接或间接以植物为食，获取能量维持生命活动 。对于人类来说，太阳光不仅提供了照明，还影响着我们的生物钟和情绪 。
在环境方面，太阳光驱动了地球的气候系统和生态系统 。它使地球表面的水蒸发，形成水汽，参与水循环 。同时，太阳光的加热作用导致地球表面的温度差异，从而产生大气环流和海洋环流，这些环流对全球的气候和天气变化起着关键的调节作用 。可以说，没有太阳光，地球将失去生机，变得寒冷而黑暗，生命也将难以存在。
