對“星星為什么閃”的思考、猜想與實驗

沈春盛

摘要：星星為什么閃呢？這個問題似乎早有定論，通過觀察對比否定了傳統(tǒng)的大氣折射說。但是真正的原因是什么呢？通過大膽猜測與實驗觀察，基本確定應該是人眼的視覺系統(tǒng)的問題，但最終結(jié)論還有待進一步研究論證。

關(guān)鍵詞：星光;折射;閃爍感;視細胞

夜晚星星在天空閃爍，仔細看其中一些真的像眼睛一眨一眨的，星星為什么閃呢？對這個問題，一般的解釋是：因為空氣是不均勻且變動的，導致星光發(fā)生折射，當折射光線偏離我們的眼睛時，我們就會有一瞬間看不到它，這樣就感覺它在“閃”。這種解釋合理嗎？

一、對空氣折射說法的分析和否定

關(guān)于不均勻空氣對光線的折射現(xiàn)象，我們都有這樣的經(jīng)驗：當我們通過篝火上方觀察對面的景物時，會看到飄忽晃動的景物，這一現(xiàn)象大家應該都見到過。我們在無風的室內(nèi)很容易做這個實驗，點燃一支蠟燭，靜靜觀察火焰上端對面的一本書上的字跡，就會發(fā)現(xiàn)這些字發(fā)生了變形扭曲的晃動。這是因為火焰的加熱使空氣密度減小，密度小的熱空氣會上升，而在上升的熱氣流與原有空氣相互作用，造成冷熱交織密度不同的擾動氣流，其密度不均勻且動態(tài)變化。當光線穿過不均勻的空氣發(fā)生方向偏折時，我們并非看不到發(fā)光點，而是應該看到它出現(xiàn)在另一個位置，因此就會看到字跡發(fā)生扭曲變形的晃動。星星的閃爍若用同樣的道理來解釋，那它的表現(xiàn)應該是位置的晃動，而非明暗變化的閃動。而現(xiàn)實觀察星星，它們的表現(xiàn)是只在同一位置閃爍，并沒有偏移。

從上面的分析來看，星光閃爍的原因應該不在于大氣的變化。

二、對星體自身閃爍說法的分析

這個現(xiàn)象的真實原因是什么呢？我們注意到，對此問題進行解答的基本都是一些科普級的讀物，并沒發(fā)現(xiàn)專業(yè)的解釋。全人類都看得到星星的閃爍，這幾乎是所有孩子都提出過的問題，而給我們的只有這么一個經(jīng)不起推敲的解釋嗎？也許是科普讀物的編纂者們用一般的物理知識想當然地解釋了這個問題，大多數(shù)孩子們還不能分辨真與假就只能接受了，而成年人可能已淡忘了孩童時提出的疑問。那么，那些從事天文研究的學者會有什么發(fā)現(xiàn)和解答呢？據(jù)說有一類相互盤旋的雙星系統(tǒng)，以固定頻率發(fā)射能量和電磁波，這是不是星星閃爍的原因呢？難道我們目測觀察到的那么多閃爍的星星都是雙星嗎？不可能，我們觀察到的應該大多數(shù)是普通恒星，所以也并不能說是星體本身閃爍發(fā)光造成這一現(xiàn)象。

三、猜想——人眼的原因

那還有什么可能呢？我看還從我們的眼睛找找原因。

我們可以設(shè)想這樣幾個問題：（1）是不是所有的星星都閃爍？（2）用望遠鏡觀察星星它還閃嗎？

通過觀測，我發(fā)現(xiàn)不是全部的星星都閃爍，像比較亮的行星是不閃的，繼而用望遠鏡來觀察那些閃爍的星星，發(fā)現(xiàn)它們也不閃了。這進一步排除了大氣折射的可能，因為不管恒星和行星，它發(fā)出的光線都要經(jīng)過相同的大氣層才能被地面的人看到。而用望遠鏡觀察時和直接用肉眼觀察的星光都一樣要經(jīng)過大氣的折射。繼續(xù)對這兩點觀察到的現(xiàn)象進行思考：行星和恒星的光有什么區(qū)別？望遠鏡看到的星星和肉眼看到的星星有什么區(qū)別？

區(qū)別就是大小不同。恒星距離我們都很遠，觀察它的視角極小;而行星比恒星離我們近得多，用肉眼看時似乎也是一個光點，但其實觀察它時看到的是一個小圓面，這比恒星的觀察視角要大的多。望遠鏡的作用就是把遠處實際的物體成像在近處，從而擴大了被觀測物體的視角。這樣說來難道星星是因為太小而閃爍的？我們的眼睛看太小的東西會有閃爍感嗎？

四、實驗探究

不妨做一個實驗：在漆黑的夜里，將一個發(fā)光穩(wěn)定的小led燈固定在某處，然后逐漸遠離它進行觀察，距離越遠，視角會越小。我們試試會不會在距離遠到一定程度時，看它出現(xiàn)類似于恒星那樣的閃爍感，如果真的有則我們可以說找到了問題的答案，說明這確實是我們?nèi)搜鄣墓ぷ魈攸c決定的。通過多次實驗觀察，筆者證實了這一點。

接下來要分析研究的就是為什么人眼看較小的光點會有閃爍感。這恐怕得從神經(jīng)學來切入，我的第一個猜想是，在視網(wǎng)膜的一個視覺細胞上視覺的產(chǎn)生并不是連續(xù)的，而是脈沖式地發(fā)出生物電來掃描感應，好像電視機的屏幕顯像是非連續(xù)的一樣，而不同的視覺細胞中的電脈沖彼此錯開，使得我們看較大的光點時不會產(chǎn)生閃爍感。但小到一定程度的光點，它在視網(wǎng)膜上的成像應該只落在一個視覺細胞上，這時這一個細胞由于神經(jīng)電脈沖的不連續(xù)導致產(chǎn)生了不連續(xù)的視覺反饋，也就是說我們會感到光點在閃爍。

還有一個猜想是我們的身體會帶動頭部有輕微的抖動，我們的眼球也會產(chǎn)生一些細微的轉(zhuǎn)動，這可能會導致星星在我們視網(wǎng)膜上的成像位置變化時而落在一個視細胞上時而又落在細胞間的縫隙上，使得光感時強時弱地變化。而我們的脈搏跳動也可能影響眼球中的血管供血而造成一個視細胞的感光能力發(fā)生變化。我觀察星星的閃爍頻率是高于心跳脈搏的，所以我傾向前者，但也并不能就排除后者。

無論怎樣，星星的閃動不應再以傳統(tǒng)的大氣原因來說明了，它的真正原因的探尋可能會帶來視覺研究上新的突破。

編輯 謝尾合