太陽這個火球的能量到底是從那裡來?它的溫度又是多少?十九世紀的天文學家開始尋求這兩個問題的答案。在1837年,英國的約翰˙赫歇耳(John Herschel),即天王星發現者赫歇耳的兒子,和法國的Pouillet,試圖測量太陽所釋放出的能量值。他們估計在地球大氣外;每平方厘米每分鐘所接收到的太陽熱量約為2卡,人們把這個數值稱做「太陽常數」。這樣天文學家對太陽的能量,有了更為量化的了解。至於太陽的溫度則比較困難,Pouillet認為是在攝氏1461與1761度之間。由於沒有理論的根據,到十九世紀末太陽溫度的估計有從攝氏幾千度到幾百萬度。
在十九世紀能量守衡的觀念慢慢被建立起來,天文學家便察覺到用一般的燃料,如煤炭,石油,太陽只可能維持它的能量輸出大概幾千年,但當時的地質學家估計地球的年齡已遠超出這個數目,故必須尋找別的機制。在1848年,德國的物理學家默耶爾(Mayer),曾提出太陽的能量是從落入太陽的流星所供應的。但所需的流星很多,使得太陽的質量會不斷增加,甚至會影響地球以及其他行星的軌道。
另一個比較可信的理論是在1854年,德國物理學家赫姆霍茲(von Helmholtz)所提出,他根據蘇格蘭一位工程師華特遜(Waterson)的想法,認為太陽的能源是從物質收縮,重力位能轉化成熱能所得到。並算出太陽收縮的速度,約為每年75公尺,這樣太陽可以維持大概兩千五百萬年。這理論直到十九世紀末,都被大部份的人所接受。
到了十九世紀末,天文學家對太陽的溫度的估計有很大的進展。1875年法國天文學家Violle和在1880年美國的天文家Langley都對太陽常數作更準確的測量。為了更好的估計地球大氣層對太陽光的吸收,他們都到高山的山頂去進行測量。人們對太陽輸出能量的功率,有了更精準的認識。在1879年奧大利物理學家史特凡(Stefan),發現高溫物體的輻射量是跟它的溫度的四次方成比例的定律,即史特凡定律。利用Violle和Langley所得到的太陽常數,天文學家便從史特凡定律得到太陽的溫度約為一萬度。在1893年物理學家維恩(Wien)更發現物體輻射時,最主要部份的波長是跟它的溫度成反比。從這個定律,天文學家更能準確的估計太陽的表面溫度約為6000度(現在的估計是絕對溫度5800度)。當太陽溫度得到準確的估計之際,太陽能量來源的理論卻有很大的問題。地質學家慢慢發現地球的年齡要遠超過兩千五百萬年,所以赫姆霍茲的理論不可能是太陽產生能量的機制。真正的機制要等到二十世紀的核子物理出現後才被發現。
解開太陽能源之謎的重要人物是著名的英國天文學家愛丁頓(Eddington),他在二十年代根據英國著名物理學家拉塞福(Rutherford)等人對原子的研究,提出兩個可能的機制。一個是電子與質子互相湮滅而轉化成能量;另一個是氫原子融合成為氦或質量更高的原子。從愛因斯坦(Einstein)在1905年所導出質量和能量的關係:E=mc2,可以算出以上兩種機制太陽都能維持達數十億年之久。但在核子物理仍在剛誕生的階段,愛丁頓無法對這兩個機制有更深入的了解。
另外,愛丁頓也根據在1894年英國天文學家森遜(Sampson)所提出,太陽傳遞能量的方式主要是輻射,而不是對流的想法,建立以理想氣體的熱平衡為基礎的太陽模型,他假定太陽的元素比例跟地球差不多,都處於高溫氣體狀態。在1926年,他成功的算出太陽的中心溫度為三千九百萬度的高溫。後來從天文學家Payne的工作得知氫為太陽或其他恆星的主要成份後,愛丁頓重新考慮他的模型並修正太陽中心溫度為一千九百萬度。
當核子物理發展較成熟後,在1938年美國的貝特(Bethe)和德國的魏札克(Von Weizsacher)分別計算氫核子(即質子)融合成氦核子的過程,並得到太陽中心核融合進行的溫度為一千八百多萬度,這跟愛丁頓純粹用氣體熱平衡的理論所算出的結果相吻合。太陽能量產生之謎終於得到了完滿的解決。