我们仍然不确定太阳的内部有什么——但这很快就会改变

当你脸部感到阳光的温暖时，它不仅仅是向你的皮肤射出阳光。中微子——一种质量微乎其微的幽灵粒子——也随之而来。每秒钟，数万亿个中微子进入你的身体，然后继续穿过大地，以接近光速的速度穿过地球。

科学家们花费了数年时间仔细研究这种中微子轰击，试图精确了解太阳是如何产生和发射它们的。虽然太阳99%的能量来自一种类型的核聚变，但其余1%长期以来被认为来自一种更复杂的第二种反应。经过数十年的实验技艺，物理学家们首次探测到了来自这种更稀有反应的中微子。

“这代表了一个确凿的证据，”俄亥俄州立大学的天文学家马克·平森诺（Marc Pinsonneault）说，他并未参与此项研究。“这是对一个非常深刻的理论预测的一个非常美丽的确认。”

通过这些数量不多的中微子，研究人员希望最终能解答天文学中一个更具争议的问题：太阳的成分是什么，进而推而广之，宇宙中所有其他恒星的成分又是什么？

研究人员知道，太阳至少含有98%的氢和氦，这是自然界中最轻、最丰富的两种元素。但关于那最后的2%的构成，争论仍在继续。天文学家通常通过分析物体发出的（或不发出的）光的颜色来确定它们是由什么构成的，但对于太阳中一些较重的成分——如碳、氮和氧——它们的指纹特征却不那么明显。

“问题不在于数据，”平森诺说。“这是元素周期表的巧合。”

当观测结果不足时，研究人员转向了理论。早期的模型预测，太阳应该含有1.8%的重原子，如碳、氮和氧。但在21世纪初，更复杂的理论，考虑了太阳的搅动和其他特征，预测恒星中只有1.4%是重元素。

百分之零点五的差异听起来可能不多，但它会产生宇宙学上的影响。由于太阳是已知最恒定的恒星，天文学家几乎将其作为衡量单位。他们假设另一颗外观相似的恒星也应该具有相似的构成。当乘以宇宙中所有恒星时，百分之零点五的差异就会迅速累积。例如，如果较低的估计是正确的，那将把研究人员对整个宇宙中氧气含量的估计减少40%。

“当你改变了太阳，你就改变了我们认为到处存在的[重元素]含量，”平森诺说。

要真正了解太阳内部发生的事情的一种方法是研究它每秒钟喷射到地球的无数中微子。在我们恒星中，绝大多数来自质子的直接聚变。但核物理学家在20世纪30年代末预测，少数应该来自一个复杂的反应，在这个反应中，正是问题中的重元素——碳、氮和氧——帮助质子结合在一起。

寻找所谓的“CNO中微子”始于1988年。所有的核反应都会喷射出中微子，所以如果你在寻找来自罕见核反应、数百万英里之外的少数中微子，你首先必须准备一个极其纯净的核环境。意大利Borexino合作项目的成员首先开发了技术，以清除用于制造探测器的材料中的放射性污染物。这项工作耗时19年。

“这是地球上放射性方面最纯净的环境，”Borexino项目成员乔阿奇诺·拉努奇（Gioacchino Ranucci）说。

即便如此，探测过程也并非易事。研究人员将Borexino探测器建在意大利格兰萨索国家实验室的山脉深处，远离宇宙射线。一个由三百吨化学液体组成的混合物构成了探测器的核心——当一个中微子与液体发生极罕见的相互作用时，探测器会闪光。另外1000吨同样的混合物包裹着探测器的核心，2300吨水环绕着整个装置，将其与格兰萨索山岩石喷出的伽马射线和中子隔离开来。

该实验于2007年启动，几乎立即就探测到了来自太阳主要聚变的中微子。在接下来的几年里，研究人员探测了标准质子-质子聚变的所有方面。然而，CNO中微子仍然难以捉摸。

2015年，他们对探测器进行了改造，以保持核心液体完全静止，最终，他们的努力得到了回报。今年6月，由约100名研究人员组成的国际合作项目宣布，在排除了所有其他可能的来源后，他们终于探测到了CNO中微子。拉努奇说，平均每天，核心的100吨液体会闪光约20次。其中10次来自探测器材料中的放射性衰变，在这个特定的能量范围内，约有3次来自太阳的主要聚变反应。其余的七次闪光，标志着由太阳罕见的CNO辅助聚变发射的中微子到达。该团队今天在《自然》杂志上发表了他们的研究结果。

“这是一个美丽、美丽的实验，”平森诺说。