我们在地球上看天上的星星,为何会一闪一闪的?
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发布时间：2022-05-06 00:24
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时间：2022-06-28 09:35
“一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星，挂在天上放光明，好像无数小眼睛”，这首儿歌相信大家都会吟唱，歌词形象地表达了从地球上观看星星的那种摇曳不定、忽明忽暗的状况。我们能够看到地外天体，也就是通常意义上我们说的星星，主要是由它们发射或者反射的光线，经过宇宙空间之后到达了地球，而一闪一闪的情况，必定说明在光线传播的过程中受到各种形式的干扰。
发光体表面状况会对视觉差异产生影响吗？不会。
恒星之所以能发光，主要在于内核中每时每刻都在发生着核聚变，以氢的聚变为例，四个氢原子核聚变为一个氦原子核过程中，会释放3个光子和部分能量，这些光子在反复的释放和被吸收、再释放的过程中，通过漫长的几万年才会到达恒星的表层，从而以光线的形式向四周传播，这也是我们在地球上能够看到外太空星体发光的最直接原因。而恒星内部的这种核聚变反应，是每时每刻都在发生的，其聚变程度取决于内部发生聚变原料的丰富程度，在较短的时间尺度内，其亏损的质量占总质量的比例微乎其微，因此释放光子的数量不可能发生明显变化，其释放的光线也应该处于相对稳定的状态。
而对于行星或者卫星来说，我们能够观察到它们，主要是依靠它们反射恒星发出的光线。而行星或者卫星反射恒星光线的能力，主要取决于它们的表面组成结构、地势起伏程度以及行星大气层密度等情况。虽然这些行星或者卫星一般情况下具有和地球不一样的自转和公转速度，其面向地球一侧的表面状态会有所差异，但是从地球的视角来看，只要来自它们的光线能够照射到地球，在短时间内表面状况对反射光线的和影响程度，仍然不足以造成突然的明暗变化。
一方面是行星或者卫星的转动速度，在几秒钟的时间内不可能造成太大的位移。
另一方面，距离地球一定距离的行星或者卫星，其视觉星等是一个相对稳定的数值，虽然会在一定的区间内变动，但是变动幅度不会很大，也不会造成星星一闪一闪的现象。
星星与地球的距离变化会产生视觉上的明显差异吗？也不会。
大家都知道，光线在真空中传输速度保持不变，能量也保持不变，理论上光线在真空中能够传播无限远。但是宇宙空间并不是绝对意义上的真空，而是充满着极其稀薄的气体和星际尘埃，光线在传播的过程中，会在气体分子和星际尘埃的作用下，经常发生着被吸收、反射和折射的作用，光线的传播路径就发生轻微改变，光线的能量也因此而逐渐衰弱，因此，无论是恒星自发的光线，还是其它星体反射的恒星光线，都会在传播途中持续发生着衰减，距离地球一定范围以外的星体，我们在地球上将很难再用肉眼或者望远镜观测到。
但是，只要我们在地球上看到了这颗星星，就表明来自这颗星星的光线，没有完全被损耗掉，或多或少地照射到了地球，而照射光线的多少，取决于光源的强度和亮度。
而且，目标星体与地球的距离，虽然也在不断发生着变化，但是从绝对数值上看，变化的数量与平均距离相比，都是微乎其微的，星星一闪一闪地变化，肯定不是星星突然距离地球很远，然后再回到原来的位置，这也不符合宇宙天体的运行规律。
星星与地球之间是否存在遮挡物？肯定存在，但不会造成一闪一闪的现象。
宇宙中拥有数不胜数的各类天体，从地球的视角上看，在观测者与目标星体之间，肯定存在着很多体型较大、数量众多的其它星体，有一定概率出现视觉重叠现象。我们能够观测到星星发出的光线，然后被遮挡物遮住的现象，最明显的就是距离我们很近的太阳、月亮与地球三者之间，因相互位置的变化产生的日食、月食情形。
但是，这种遮挡的程度、以及持续的时间，会随着我们观测角度范围的大小，直接影响着观测目标亮度变化的持续时间，距离地球越近，目标星体的视觉面积越大，星体的相对位移速度越快，那我们所观测到的这种亮度变化持续的时间就越短，反之就会很长。
除了近距离的太阳、月球以及太阳系内的其它行星之外，银河系中的其它恒星和恒星系统中的行星、卫星，距离我们都以数光年、几十光年、几百光年等来计，它们之间的相对位移速度，投影到地球上就会变得相当缓慢，所以我们在地球上看到星图时，绝大部分的星体位置都是处于不变的位置的。而如果能够影响目标星体亮度的遮挡物，其自身体积和质量，肯定不比目标星体差，所以我们看到星星一闪一闪情况的发生，不可能是目标星体被亮度更低或者反射光线能力更低的星体所遮挡。
问题只能出在地球大气层身上
排除了以上因素，我们只能把目光瞄准到地球的大气层之上，因为这是来自星体的光线进入我们眼睛的最后一个必经之地。
地球的大气层从外向内依次是散逸层、暖层、中间层、平流层和对流层，除了对流层之外，其它层之内的物质浓度非常稀少，对于光线的吸收和反射、折射作用远没有对流层明显。而进入对流层之后，一方面空气分子的逐渐增多，吸收地球红外辐射的能力逐渐提高，另一方面近地热空气与上层冷空气发生热对流的频次也相应明显升高，空气会处于非常不稳定的状态，这种情况对于目标星体发出光线进入人眼之后的视觉效果，将会产生明显的影响，主要表现在：
光线的折射变化。正常情况下，越靠近地面的空气密度越高、越往上空气密度越低，但在空气热对流的影响之下，不同密度的空气在空中的分布是处于极不稳定的状态的，也就造成了同一区域会每时每刻都在发生不同密度空气的混合现象，从而造成不间断的密度变化。而光线在通过不同密度的介质时，会发生折射现象，从而使得光线的传输方向发生改变，这种不同密度空气的扰动，将会使光线偏移更加具有不确定性。
光线的反射变化。不同密度的空气，同样对光的反射产生影响。密度越小的介质，特别是空气，其对光线的透过性就越高，反射作用就不明显，反之透过性就越低，反射作用就越强。当不同密度的空气相互扰动，会直接影响着光线的通透率、反射率在不同高度上的微小数值变化，从而进入到人眼之后反映出的光线亮度产生一定的差异。
杂质对光线传输的影响。地球大气层中不但含有密度不同的常态气体分子，同时还存在着大量的悬浮颗粒物、气体污染物、气溶胶颗粒等，这些物质聚集起来，不但会直接拉高空气对光线的阻挡和吸收效果，而且会增强其对光线的反射和衍射能力，而且这些杂质在空气里是处于不断地漂移运动之中，对于星星光线的不确定性减弱也有直接的影响。
总结一下
从以上的分析可以看出，我们在地球上看到星星之所以一闪一闪，主要原因还是出在我们的大气层，由于空气分子热运动和微细颗粒、气溶胶等杂质的影响，使得原来直线传输的光线持续发生着偏移、回归、再偏移、再回归这种反复的变化，光线强度的这种反复变化，在进入人眼之后引发忽明忽暗的状况。
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