对“星星为什么闪”的思考、猜想与实验

沈春盛

摘要：星星为什么闪呢？这个问题似乎早有定论，通过观察对比否定了传统的大气折射说。但是真正的原因是什么呢？通过大胆猜测与实验观察，基本确定应该是人眼的视觉系统的问题，但最终结论还有待进一步研究论证。

关键词：星光;折射;闪烁感;视细胞

夜晚星星在天空闪烁，仔细看其中一些真的像眼睛一眨一眨的，星星为什么闪呢？对这个问题，一般的解释是：因为空气是不均匀且变动的，导致星光发生折射，当折射光线偏离我们的眼睛时，我们就会有一瞬间看不到它，这样就感觉它在“闪”。这种解释合理吗？

一、对空气折射说法的分析和否定

关于不均匀空气对光线的折射现象，我们都有这样的经验：当我们通过篝火上方观察对面的景物时，会看到飘忽晃动的景物，这一现象大家应该都见到过。我们在无风的室内很容易做这个实验，点燃一支蜡烛，静静观察火焰上端对面的一本书上的字迹，就会发现这些字发生了变形扭曲的晃动。这是因为火焰的加热使空气密度减小，密度小的热空气会上升，而在上升的热气流与原有空气相互作用，造成冷热交织密度不同的扰动气流，其密度不均匀且动态变化。当光线穿过不均匀的空气发生方向偏折时，我们并非看不到发光点，而是应该看到它出现在另一个位置，因此就会看到字迹发生扭曲变形的晃动。星星的闪烁若用同样的道理来解释，那它的表现应该是位置的晃动，而非明暗变化的闪动。而现实观察星星，它们的表现是只在同一位置闪烁，并没有偏移。

从上面的分析来看，星光闪烁的原因应该不在于大气的变化。

二、对星体自身闪烁说法的分析

这个现象的真实原因是什么呢？我们注意到，对此问题进行解答的基本都是一些科普级的读物，并没发现专业的解释。全人类都看得到星星的闪烁，这几乎是所有孩子都提出过的问题，而给我们的只有这么一个经不起推敲的解释吗？也许是科普读物的编纂者们用一般的物理知识想当然地解释了这个问题，大多数孩子们还不能分辨真与假就只能接受了，而成年人可能已淡忘了孩童时提出的疑问。那么，那些从事天文研究的学者会有什么发现和解答呢？据说有一类相互盘旋的双星系统，以固定频率发射能量和电磁波，这是不是星星闪烁的原因呢？难道我们目测观察到的那么多闪烁的星星都是双星吗？不可能，我们观察到的应该大多数是普通恒星，所以也并不能说是星体本身闪烁发光造成这一现象。

三、猜想——人眼的原因

那还有什么可能呢？我看还从我们的眼睛找找原因。

我们可以设想这样几个问题：（1）是不是所有的星星都闪烁？（2）用望远镜观察星星它还闪吗？

通过观测，我发现不是全部的星星都闪烁，像比较亮的行星是不闪的，继而用望远镜来观察那些闪烁的星星，发现它们也不闪了。这进一步排除了大气折射的可能，因为不管恒星和行星，它发出的光线都要经过相同的大气层才能被地面的人看到。而用望远镜观察时和直接用肉眼观察的星光都一样要经过大气的折射。继续对这两点观察到的现象进行思考：行星和恒星的光有什么区别？望远镜看到的星星和肉眼看到的星星有什么区别？

区别就是大小不同。恒星距离我们都很远，观察它的视角极小;而行星比恒星离我们近得多，用肉眼看时似乎也是一个光点，但其实观察它时看到的是一个小圆面，这比恒星的观察视角要大的多。望远镜的作用就是把远处实际的物体成像在近处，从而扩大了被观测物体的视角。这样说来难道星星是因为太小而闪烁的？我们的眼睛看太小的东西会有闪烁感吗？

四、实验探究

不妨做一个实验：在漆黑的夜里，将一个发光稳定的小led灯固定在某处，然后逐渐远离它进行观察，距离越远，视角会越小。我们试试会不会在距离远到一定程度时，看它出现类似于恒星那样的闪烁感，如果真的有则我们可以说找到了问题的答案，说明这确实是我们人眼的工作特点决定的。通过多次实验观察，笔者证实了这一点。

接下来要分析研究的就是為什么人眼看较小的光点会有闪烁感。这恐怕得从神经学来切入，我的第一个猜想是，在视网膜的一个视觉细胞上视觉的产生并不是连续的，而是脉冲式地发出生物电来扫描感应，好像电视机的屏幕显像是非连续的一样，而不同的视觉细胞中的电脉冲彼此错开，使得我们看较大的光点时不会产生闪烁感。但小到一定程度的光点，它在视网膜上的成像应该只落在一个视觉细胞上，这时这一个细胞由于神经电脉冲的不连续导致产生了不连续的视觉反馈，也就是说我们会感到光点在闪烁。

还有一个猜想是我们的身体会带动头部有轻微的抖动，我们的眼球也会产生一些细微的转动，这可能会导致星星在我们视网膜上的成像位置变化时而落在一个视细胞上时而又落在细胞间的缝隙上，使得光感时强时弱地变化。而我们的脉搏跳动也可能影响眼球中的血管供血而造成一个视细胞的感光能力发生变化。我观察星星的闪烁频率是高于心跳脉搏的，所以我倾向前者，但也并不能就排除后者。

无论怎样，星星的闪动不应再以传统的大气原因来说明了，它的真正原因的探寻可能会带来视觉研究上新的突破。

编辑 谢尾合