刘红年

《人民日报》(2025年05月16日 第 11 版)

星星“眨眼睛”是光线的折射率出现了波动,大气湍流导致了折射率变化

夏天的夜晚,观星是不少人的一大乐趣。

当我们在晴朗无云的夜晚仰望天空,常常能看到星星一闪一闪,好像在眨眼睛,特别是当星体观察位置靠近地平线时,闪烁更剧烈。那么,星星为什么会“眨眼睛”呢?

你有没有想过,我们看到的星星,其实并不是星星的“真身”。

我们从光的折射现象说起。当光从一种介质传播到另一种介质,会发生折射现象。不仅如此,当光在同一种介质中传播时,也会因为密度不同而发生折射。地球上的空气,靠近地面的密度大,接近太空的密度小。光线从太空照向地球时,也会因为空气密度不同而发生折射现象。因此,我们看到的星星的位置,其实不是它的实际位置,而是有一定“位移”。这种现象在专业上又叫“蒙气差”。

所以,星星“眨眼睛”,并不是“真身”在动,而是光线的折射率出现了波动,导致肉眼观察下的星星,与其“真身”所在位置的偏移距离在短时间内发生了变化。这种变化非常频繁,每秒钟有几十次到上百次。

那么,是什么导致了光线折射率的变化呢?

答案是——大气湍流。按照物理学定义,大气湍流是大气中一种复杂的运动。大气湍流分为两种,一种是机械湍流,地面包括房屋建筑、山川树木等阻挡了近地面风力,导致上下部位气流风力不均衡,形成“风力差”;另一种是热力湍流,因为地表温度分布不均匀,热空气上升、冷空气下沉。可见,大气湍流是时时都在发生的。通常,白天发生的大气湍流更加强烈,导致折射率波动更大,星星“眨眼睛”也更频繁,只是我们观察不到。

了解了大气湍流的形成机制,人们就能更好加以利用。比如,为了更稳定地观测星星、尽可能减少大气湍流带来的干扰,天文台多选址在高山上,受地表机械湍流及热力湍流的影响小了,光的折射率也不会在短时间内有明显波动。

星星“眨眼睛”,给观星的人们带来愉悦的体验。让我们更好地保护环境,一起为了星空更璀璨而努力。

(作者为南京大学大气科学学院教授,人民日报记者姚雪青采访整理)