對“星星為什么閃”的思考、猜想與實(shí)驗(yàn)

沈春盛

摘要：星星為什么閃呢？這個(gè)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(shí)驗(yàn)觀察，基本確定應(yīng)該是人眼的視覺系統(tǒng)的問題，但最終結(jié)論還有待進(jìn)一步研究論證。

關(guān)鍵詞：星光;折射;閃爍感;視細(xì)胞

夜晚星星在天空閃爍，仔細(xì)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(gè)問題，一般的解釋是：因?yàn)榭諝馐遣痪鶆蚯易儎拥模瑢?dǎo)致星光發(fā)生折射，當(dāng)折射光線偏離我們的眼睛時(shí)，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(yàn)：當(dāng)我們通過篝火上方觀察對面的景物時(shí)，會看到飄忽晃動的景物，這一現(xiàn)象大家應(yīng)該都見到過。我們在無風(fēng)的室內(nèi)很容易做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)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?yàn)榛鹧娴募訜崾箍諝饷芏葴p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(dāng)光線穿過不均勻的空氣發(fā)生方向偏折時(shí)，我們并非看不到發(fā)光點(diǎn)，而是應(yīng)該看到它出現(xiàn)在另一個(gè)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(yīng)該是位置的晃動，而非明暗變化的閃動。而現(xiàn)實(shí)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(yīng)該不在于大氣的變化。

二、對星體自身閃爍說法的分析

這個(gè)現(xiàn)象的真實(shí)原因是什么呢？我們注意到，對此問題進(jìn)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(gè)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(dāng)然地解釋了這個(gè)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(shí)提出的疑問。那么，那些從事天文研究的學(xué)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(yīng)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(gè)問題：（1）是不是所有的星星都閃爍？（2）用望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡來觀察那些閃爍的星星，發(fā)現(xiàn)它們也不閃了。這進(jìn)一步排除了大氣折射的可能，因?yàn)椴还芎阈呛托行牵l(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(yuǎn)鏡觀察時(shí)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(diǎn)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行思考：行星和恒星的光有什么區(qū)別？望遠(yuǎn)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(yuǎn)，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(shí)似乎也是一個(gè)光點(diǎn)，但其實(shí)觀察它時(shí)看到的是一個(gè)小圓面，這比恒星的觀察視角要大的多。望遠(yuǎn)鏡的作用就是把遠(yuǎn)處實(shí)際的物體成像在近處，從而擴(kuò)大了被觀測物體的視角。這樣說來難道星星是因?yàn)樘《W爍的？我們的眼睛看太小的東西會有閃爍感嗎？

四、實(shí)驗(yàn)探究

不妨做一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在漆黑的夜里，將一個(gè)發(fā)光穩(wěn)定的小led燈固定在某處，然后逐漸遠(yuǎn)離它進(jìn)行觀察，距離越遠(yuǎn)，視角會越小。我們試試會不會在距離遠(yuǎn)到一定程度時(shí)，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(shí)是我們?nèi)搜鄣墓ぷ魈攸c(diǎn)決定的。通過多次實(shí)驗(yàn)觀察，筆者證實(shí)了這一點(diǎn)。

接下來要分析研究的就是為什么人眼看較小的光點(diǎn)會有閃爍感。這恐怕得從神經(jīng)學(xué)來切入，我的第一個(gè)猜想是，在視網(wǎng)膜的一個(gè)視覺細(xì)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(yīng)，好像電視機(jī)的屏幕顯像是非連續(xù)的一樣，而不同的視覺細(xì)胞中的電脈沖彼此錯(cuò)開，使得我們看較大的光點(diǎn)時(shí)不會產(chǎn)生閃爍感。但小到一定程度的光點(diǎn)，它在視網(wǎng)膜上的成像應(yīng)該只落在一個(gè)視覺細(xì)胞上，這時(shí)這一個(gè)細(xì)胞由于神經(jīng)電脈沖的不連續(xù)導(dǎo)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(diǎn)在閃爍。

還有一個(gè)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(xì)微的轉(zhuǎn)動，這可能會導(dǎo)致星星在我們視網(wǎng)膜上的成像位置變化時(shí)而落在一個(gè)視細(xì)胞上時(shí)而又落在細(xì)胞間的縫隙上，使得光感時(shí)強(qiáng)時(shí)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(gè)視細(xì)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(yīng)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