在古代，天文学家曾为夜空中的星光感到困惑——它们是不是天顶上的洞，太阳光从中穿过？现在，我们对星星的理解已经深入得多了。
我们肉眼看到的星星只是天空中的光点，其实，它们作为宇宙中的恒星，每个都像太阳一样明亮，有的比太阳小，有的比太阳还大。要知道，当初有人提出恒星和太阳一样这个观点，是需要很大勇气和魄力的，这对于当时的天文研究起到了非常大的促进作用。但是，现在看来，它还远远不够准确！
约瑟·开普勒（1571～163）
人们逐渐明白，恒星其实是由炽热气体组成的球状天体，它们的行为方式可以说是非常简单。受引力作用，气体被压缩，温度就会上升。质量和太阳差不多的恒星会在自身引力的作用下压缩、升温、发光。它的生命周期是有限的，一旦失去内在的热源，它就会在1万年左右冷却消失。
19世纪的天文学家们经过研究发现，地球至少已经存在数百万岁了，而且很可能不止这个年龄。太阳的年纪肯定比地球大！上世纪3年代，科学家们的认识更进了一步：恒星就像一个巨大的氢弹，由自身的万有引力控制着爆炸的时间。核聚变提供的能量可以维持太阳数十亿年的能量输出，缓解它的寿命危机。不过，让人意想不到的是，如此巨大的天体，其能量却是来自体内极其微小的原子核。
我们知道，一个典型的原子构成是：中心一个原子核，原子核的周围环绕着一群极性为负的电子。原子核包括不带电的中子和带正电的质子。质子的数量决定原子的属性：例如，氢原子有1个质子，氦原子有2个，氧原子有8个，铁原子有26个。在特定条件下（如高温或吸收紫外线时），原子中的电子会脱离原子，但原子的特性不会因此而改变（质子的数量没有变化）。
你可能还记得小学时学过的一些自然科学知识，比如同性相斥、异性相吸。如果把两个原子核挤在一起，它们会由于带有相同的极性而相互抵制。但是，在恒星的内核，温度高达数百万度——这就意味着原子核是在飞速运动，频繁且剧烈地相互碰撞——与此同时，压力也非常大，原子核实际上是被强行挤在一起的。静电斥力被克服，原子核熔合在一起，产生聚变反应。
这种核聚变会产生两个结果。首先，由于新的原子核比熔合前的任何一方的质子数量都多，聚变反应会形成一种新的原子。一般来说，两个氢原子熔合形成氦（一个质子加一个质子等于两个质子，即为氦原子），三个氦原子熔合形成碳，等等。实际上，这个过程要复杂得多，但主要的意思就是这样。
第二，核聚变会释放能量。按照正常的逻辑，核聚变后形成的原子的质量应该等于参与聚变过程的原子质量之和——两小堆泥巴拍在一起形成的泥巴的重量当然应该等于两小堆泥巴的重量之和。但核物理与我们日常接触的现实世界是不同的：原子运动遵守量子力学定律，具有超自然属性和反常识的行为特征。
在核聚变的过程中，小部分质量会转化为能量。这个过程遵守爱因斯坦的著名公式E=mc2，产生的能量等于质量乘以光速的平方——而光速是一个非常大的数字。即便如此，参与核聚变的原子质量是非常小的，释放的能量也就很小——一百万个氢原子熔合形成氦原子产生的能量，仅相当于一个跳蚤跳跃一次的能量。
不过，恒星中蕴藏着大量的氢。正如我们在第二章中提到的，在太阳的内核，每秒钟有7亿吨氢通过聚变反应形成6.95亿吨氦！少掉的5万吨转化为能量，为太阳提供能量，释放维持我们生命所需的光和热。实际上，释放的能量还有另外一个用途，与太阳自身的万有引力对抗：能量释放形成的向外的扩张力与向内压缩太阳的引力相互制衡。
在恒星家族中，太阳属于较大的那一类（大部分恒星质量更轻、能量更小且不那么明亮）；不过，更大更重的恒星也是有的。恒星内核发生的核聚变的速度和恒星的质量有很大关系，随着质量的上升，核聚变速度明显提高。比如，一个质量是太阳两倍的恒星，在其内核中聚变反应的速度是太阳的十倍多，因此也比太阳明亮十倍；质量是太阳2倍的恒星——这样的恒星有很多——“燃烧”其核原料的速度是太阳的36倍。就算这些恒星“燃料储备”更充分，也无法维持太长时间。太阳能够在数十亿年内稳定地进行聚变反应，而质量是太阳2倍的恒星仅能维持几百万年。
有人说，即使最亮的星星也不能永远发光。其实，它们不但不会“永远发光”，而且越是明亮，寿命越短（我们可以从中汲取一些人生真谛）。
我们禁不住会问：如果恒星的“燃料”用完了，会发生什么事情？其实，像太阳一样的恒星基本上永远不会“真正”把氢用完，因为恒星的绝大部分都是由氢组成的，而核聚变只发生在压力和温度最高的内核。在恒星的外层，温度比较低，不会发生聚变反应。而外层的气体又无法到达内核参与核聚变，也就是说，即使内核中的氢用完了，外层还有。这就好像在你的车后座放着的一个油罐。虽然放在车上，但对于你的行驶来说没有什么作用。
随着内核中聚变反应的进行，可用的氢越来越少，氦成为恒星内核中的主要物质。因为氦原子有两个质子，它的原子核比氢原子核更难聚在一起，也就是说，要熔合它们需要更高的温度和压力。对于那些质量和太阳相当（或更少）的恒星，这种条件根本无法达到。最终，这些恒星用光所有“燃料”，能量的释放就此终结。
不过，质量更大的恒星有条件把聚变反应深入下去，氦原子能够继续熔合形成碳原子和氧原子。这个过程会比氢聚变释放更多的能量，因此恒星也变得更加明亮。来自内核的能量进入恒星的外层，使得原有的平衡被破坏了。和气体受热时的反应一样，恒星开始以惊人的速度膨胀。
不过，奇怪的是，恒星外层的温度却下降了！虽然整个恒星表面释放的能量增加了，但是表面积增加得更多，每平方英寸释放的能量比以前少了。虽然恒星变得更亮了，但是温度却比以前低了，颜色也变红了。考虑到它的颜色和尺寸，人们形象地称其为“红巨星”（red giant）。
这就是太阳的宿命。最终，它的内核将由碳和氧组成，由于不具备继续熔合所需的热量和压力，太阳内核的活动到此为止。
质量是太阳两倍以上的恒星完全能够进入核聚变的第三轮。在它们的内核，碳原子能够熔合成氖原子，释放更多的能量。不过，要想把氖熔合形成镁和氧，恒星的质量还要再大一些，有的恒星甚至可以将氧熔合为硅。
在一个巨大的恒星爆炸成超新星之前，各种元素像洋葱表层一样堆积在它的内核周围。铁处在正中心，外面分别是硅、氧、氖、碳、氦和氢。当一个恒星到达这个阶段，它基本上坚持不了多少时间了。
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硅还可以通过聚变反应形成铁，而能够实现这一条件的恒星，质量要在太阳的2倍以上。所有这些阶段，在特定的恒星上一个接一个地进行。不过，因为温度以及聚变反应的速度随着过程的推进不断增加，每个阶段所用的时间越来越少。一个质量是太阳2倍的恒星完成氢聚变，需要好几百万年；氦聚变需要一百万年，碳聚变要一千年，氖聚变只需不到一年（如果恒星质量更高，这些过程所用时间也会相应的更短）。
最终，恒星的内核就像洋葱一样一层裹着一层：最外面是氢，里面依次为氦、碳、氖、氧和硅。内核的最里面是一个白热化的“铁球”。这几个层次肯定会有一些混杂，但总体上还是分得很清楚的。这里说的只是内核，恒星的外层基本上还是没有参与聚变反应的氢。外层在吸收了内核发出的热量后会膨胀，向外扩张。在这个质量等级上，恒星变得比“红巨星”还要大。它们的直径可以达到数亿英里，我们把这些膨胀的怪物称为“红超巨星”（red supergiants）。
数百万年后，这些高质量的恒星的聚变周期将接近尾声。不同于其它元素，铁几乎在任何环境下都不会再发生聚变反应（宇宙中普通的恒星不可能产生聚变铁所需的温度和压力）。在恒星的内核深处，一个几千英里宽的“铁球”像定时炸弹一样嘀答作响。一旦积累到一定程度，这颗炸弹就会被引爆。