什么是闪烁?
当你仰望夜空时,你可能会注意到星星似乎在忽明忽暗地闪烁。这种效果被称为闪烁,科学家还用一个更专业的词来描述它:星光闪烁(scintillation)。星星看起来会改变亮度,甚至颜色也会略有变化。闪烁是人们最早注意到的关于星星的现象之一,几千年来一直令观星者着迷。尽管看起来像是星星本身在眨眼,但闪烁实际上与星星本身毫无关系。
星星闪烁的真正原因是地球的大气层——围绕我们星球的那层空气。大气层由许多层气体组成,每一层可能具有不同的温度和密度。当星光穿过这些层时,光在到达你眼睛的途中被弯折和改变方向多次。这种光的弯折称为折射,当光在不同温度的区域之间移动时,速度会改变,就会发生折射。空气气流的持续变化使星光摇摆不定,产生你所看到的闪烁效果。
折射是光从一种物质进入另一种物质时发生的弯折。你可以在日常生活中看到折射的例子:将一根吸管放入装水的玻璃杯中,在水面处它看起来像是弯折或断裂了。星光在太空中直线传播,但一进入地球大气层,就开始弯折。光线穿过一团团温暖和寒冷的空气,每一团空气都使光线向稍微不同的方向弯折。等到光线到达你的眼睛时,它已经被重新引导了如此多次,以至于星星看起来像是在跳动并改变亮度。
如果你仔细观察夜空,你可能会注意到行星通常发出稳定的光,而不是闪烁。这是因为行星距地球比恒星近得多,所以它们看起来像小圆盘而不是光点。来自行星的光来自许多略有不同的角度,这些不同的光束相互抵消了闪烁效果。恒星距离太遥远,看起来像是单个光点,因此受大气扰动的影响要大得多。这种差异实际上是天文学家无需望远镜就能区分行星和恒星的一种方法。
靠近地平线的星星比高悬头顶的星星闪烁得更厉害。这是因为来自靠近地平线的星星的光,必须穿过更多的地球大气层才能到达你的眼睛。更长的路径意味着光要穿过更多温度不同的空气层,导致更多的折射。正上方的星星可能只需穿过约1个单位的大气层,而靠近地平线的星星穿过的大气层大约是它的38倍。这就是为什么靠近地平线的星星往往会闪现出不同的颜色,因为它们的光被弯折和分离。
闪烁很美,但对试图研究恒星的天文学家来说却是个问题。闪烁使通过望远镜获取遥远物体的清晰图像变得困难。为了解决这个问题,科学家们开发了一种称为自适应光学的技术,它使用特殊的镜子,每秒改变形状数百次来校正大气失真。另一个解决方案是将望远镜放在太空中,比如哈勃太空望远镜,它在大气层上方运行,没有空气引起闪烁。太空望远镜可以拍摄到极其清晰的图像,因为它们完全避开了大气层的干扰。
闪烁并非地球独有的现象。任何有大气层的行星,从其表面观看时,星光都会出现闪烁。火星有一层薄薄的大气层,所以从火星上看星星闪烁的程度比在地球上要小。像金星那样有较厚大气层的行星会引起更多的闪烁。而在几乎没有大气层的月球上,星星会显得稳定,不会有闪烁。在国际空间站上的宇航员也能看到没有闪烁的星星,因为他们在地球大气层的大部分之上运行。
著名的童谣"一闪一闪亮晶晶"由简·泰勒(Jane Taylor)于1806年作为一首诗创作,而当时科学家们还没有完全理解星星为何闪烁。天文学家会测量一个地点星星的闪烁程度,以判断是否是建造望远镜的好地方。最好的天文台通常建在高山上或干燥的沙漠中,那里的空气稀薄而稳定。你有时在闪烁的星星中看到的颜色变化,是因为大气层将白色的星光分离成不同的颜色,类似于棱镜产生彩虹的原理。在远离城市灯光、非常平静清朗的夜晚,你只用眼睛就能看出闪烁的星星和稳定的行星之间的区别。