С первого взгляда кажется, что Солнце горит и что это горение причина солнечной энергии. Горение, как известно, представляет собой соединение тела с кислородом воздуха, так что если бы Солнце горело, то там происходило бы беспрерывное соединение составляющих его веществ с кислородом. Но на Солнце, как показывает спектральный анализ, так мало кислорода, что этого газа просто не хватило бы для горения. С другой стороны, вследствие чрезвычайно высокой температуры молекулы там совершают такие быстрые движения (100—200 километров в секунду), что никакое соединение их друг с другом и, стало быть, с молекулами кислорода невозможно,—значит, невозможно и горение. Наконец, подсчитано, что если бы Солнце состояло из угля или другого вещества, горящего в кислороде, то оно все сгорело бы всего лишь за несколько тысяч лет, т. е. еще до исторических времен. Значит, Солнце не горит: его вещество излучает энергию потому, что оно сильно накалено. В чем же, однако, причина того, что эта накаленность поддерживается на одном уровне? Первый, кто пытался ответить на этот вопрос, был Роберт Майер — один из основателей учения о превращении и сохранении энергии. В 1849 г. он высказал взгляд, что главным источником солнечной энергии являются удары метеоритов — мелких тел, имеющихся в солнечной системе и падающих в большом количестве на Солнце вследствие его притягательной силы.

При падении скорость метеоритов должна достигать громадной величины (до 600 километров в секунду), так что после прекращения их движения (вследствие удара о поверхность Солнца) их кинетическая энергия превращается в тепловую энергию; последней же хватит на то, чтобы нагреть упавшее тело до десятка миллионов градусов. Но еще знаменитый физик лорд Кельвин показал, что эта «метеоритная теория» встречает серьезное возражение: для поддержания температуры Солнца неизменной потребовалось бы такое количество метеоритов, которое должно было бы заметным образом увеличить массу Солнца и вследствие этого привести к значительному изменению в движении планет. К тому же расчеты выдающегося астрофизика Рессела показали, что метеориты полностью испаряются под влиянием солнечного тепла раньше, чем достигают поверхности Солнца. Значит, падение метеоритов может лишь в весьма ничтожной мере объяснить, откуда восполняется солнечная энергия. Другой творец закона сохранения энергии Гельмгольц, основываясь на Канто-Лапласовской гипотезе образования Солнца из разрешенной газообразной массы, искал (1853 г.) другого решения вопроса. Он считал, что сжатие вещества Солнца должно сопровождаться выделением тепла, равновеликим лучистой отдаче, так что энергия Солнца не заимствована извне: она своя, внутренняя.

Действительно, газообразная масса Солнца все время охлаждается с поверхности и вследствие этого должна непрерывно уплотняться, сжиматься, причем это сжатие можно рассматривать как процесс медленного падения частиц к центру Солнца. Кинетическая энергия этого движения должна превращаться в тепловую, так что само сжатие, несомненно, производит огромное количество энергии, которое можно вычислить. В 1870 г. Лэн открыл, что при известных условиях температура сжимающегося газового шара может даже повышаться, несмотря на потерю тепла, т. е. в результате охлаждения газ может нагреться, так как он при этом сжимается. Но это характерное, парадоксальное на первый взгляд, явление (оно известно под названием «парадокса Лэна») может продолжаться лишь до тех пор, пока газообразная масса не сожмется до определенной степени плотности,— после этого она начнет охлаждаться. Вычисления показали, что для воспроизведения испускаемой энергии Солнце должно сниматься ежегодно всего лишь на 30 метров, т. е. приблизительно на 1 километр в 30 лет. Так как такое уменьшение размеров Солнца можно обнаружить путем измерения не раньше, чем через 20 — 30 тысяч лет, то «теория сжатия» казалась как будто многообещающей. Поэтому она получила поддержку Кельвина и была положена в основу наших представлений об эволюции Солнца и прочих звезд. Однако и эту теорию нельзя считать удовлетворительной, так как из нее следует, что возраст Солнца не превышает 20 миллионов лет.

А между тем геология не оставляет сомнения в том, что не только образование Земли но и даже возникновение жизни должно была произойти, во всяком случае, много сотен миллионов (вероятно, не менее миллиарда) лет назад Таким образом. теория сжатия не дает полного объяснения возникновения солнечной энергии, т. е. в ней имеется лишь небольшая часть истины: Солнце сжимается, но этот процесс отнюдь не возмещает всей потери его энергии. Открытие радиоактивных веществ показало, что самым мощным источником энергии является внутриатомная энергия, и поэтому выдвинуто было представление об освобождении внутриатомной энергии в недрах Солнца и прочих звезд. Но возник вопрос о том, каким именно способом осуществляется это выделение энергии атомов, так как таких путей имеется несколько. Один из способов освобождения внутриатомной энергии нам хорошо известен уже около 50 лет: это — самопроизвольное распадение атомов некоторых тяжелых элементов, т. с. процесс радиоактивности. Но оказалось, что этот процесс может лишь значительно повысить предел «жизни» Солнца и других звезд, но не определяет их эволюцию, так как он недостаточен для поддержания всей звездной энергии, тем более что некоторые звезды излучают з десятки тысяч раз более Солнца. В связи с этим некоторые ученые высказали мысль о существовании в недрах звезд таких сильных радиоактивных элементов, которые служат главным источником звездной энергии.

На Земле они неизвестны, так как их атомный вес должен быть больше атомного веса урана. Но это предположение не получило дальнейшей разработки, так как «сверхрадиоактивные» элементы, по-видимому, в природе не встречаются (ставшие известными «трансурановые» элементы — нептуний и плутоний получены искусственным путем, и если они возникают в недрах звезд, то лишь в весьма ничтожном количестве).
Теоретические соображения указывают, что внутриатомная энергия может образоваться также при усложнении элементов, т. е. при превращении простых элементов в более сложные. В 1931 г. астрофизик Аткинсон выдвинул взгляд, что синтез атомов может быть тем процессом, который полностью объясняет возникновение звездной энергии. Простейший из всех возможных процессов синтеза элементов — это соединение четырех водородных атомов в один атом гелия. В этом случае должно выделиться значительно большее количество энергии, чем при явлениях радиоактивного распада. Вычисления показывают, что если бы Солнце в начале своего существования состояло только из водорода (что, конечно, неправильно) и весь этот водород со временем превратился бы в гелий и другие элементы, то выделившейся теплоты хватило бы на 100 миллиардов лет излучения.