恒星为什么会一闪一闪的(恒星的闪烁是人眼的错觉还是天文现象)

闪烁的恒星,明亮的行星和轮廓模糊的星云,这三类天体的特征指的是人们视觉所获得的天体形象,即天体的视象。闪烁根据视物体的位置分为地面闪烁和天文闪烁两种。

凡是地球表面远方的视目标物或灯光,因大气的折射而产生的闪烁现象称为地面闪烁,如夜晚看到地表远处的灯火忽明忽暗现象,或白昼看到远处的山,林,船,高层建筑等地面景物的时隐时现的现象等,都属地面闪烁。凡是从宇宙空间来的光源,经过大气折射作用而产生的闪烁现象,称为天文闪烁。

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天文闪烁以恒星闪烁(星星眨眼)最常见。恒星在地平线上的角度愈小,闪烁的现象越显著,强度也越大。公元一世纪,古希腊天文学家托勒密(一译托勒玫,约90~168年)所著《光学》五卷就提出了大气折射(蒙气差)现象,并说:“靠近地平线的恒星比天顶的恒星闪烁更强。”古希腊学者亚里斯多德认为,只有恒星才有闪烁现象,行星没有闪烁现象。

后来经过长期观察,发现行星和月球都有闪烁现象。在恒星闪烁现象非常显著时,或行星位于接近地平线时,行星就会有闪烁现象,像水星和金星就是明显例证。太阳和月亮刚从地平线升起,或向地平线降落时,也有闪烁现象。如日出和日落时,看到太阳忽升忽降,太阳光盘变形,变色等,就是太阳闪烁现象。月亮的亮度,颜色的变化,也是闪烁现象。如我国劳动人民总结出"月到中秋分外明",说明了月亮的亮度变化。

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闪烁的种类主要有摇摆抖动现象,明暗现象,变形现象等形式。日,月,星,辰等天体闪烁的原因,与其光源有关。有些天文学家认为,恒星表面亮度不均,又高速自转,故看上去有闪烁现象。伽利略认为恒星闪烁是其光度发生变更的缘故。

现代科学认为天文闪烁和地面闪烁,都是由于大气的密度,温度,湿度的不同和大气的运动变化,对各种光波所产生的不同折射而形成的。当有强劲阵风,或冷暖气流垂直对流旺盛,空气涡动强烈,空气密度瞬息变化,折射作用变化大时,星辰的闪烁现象就特别显著。相反,天气平静,闪烁现象也就相对较小。空气的湿度越大,闪烁也越强,空气的湿度和闪烁的颜色也有关系,如果空气中的水汽多,星光闪烁多出现青光,如果空气干燥,星光闪烁的绿光较多。

恒星为什么会一闪一闪的(恒星的闪烁是人眼的错觉还是天文现象)(3)

除太阳外,恒星距地球都非常遥远,以点光通过大气层到达地表,易被折射,故星光闪烁抖动显著,而行星距地球较近,以视觉不易辨认的小圆面反射太阳光的光束到达地表,通过大气层时,其光束中的光线被交替折射,总有些光线到达地表,故闪烁抖动现象不十分显著,看上去既明亮,又好像无闪烁现象一样。行星只有在接近地平线时,因视线通过密度很大而多变的低层大气层时,由于折射强烈,行星才出现闪烁现象。

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恒星收缩与膨胀也会让它一闪一闪

恒星一生中的大部分时间依靠内部氢聚变为氦的过程提供能量。聚变产生的能量产生了向外的辐射压力,而恒星自身的引力向内,两个力保持平衡,使得恒星保持一定大小。氢聚变的产物是氦,恒星内部积累足够多的氦且温度达到1亿开尔文后,核心的氦发生聚变,恒星开始膨胀为红巨星或红超巨星。

红超巨星半径能够达到太阳半径的几百甚至上千倍,内部物质对表面物质的引力比较弱,表面大气的翻滚变化,会使恒星的半径发生变化,形成脉动。质量为太阳质量0.5倍的恒星,进入氦燃烧阶段后,会先膨胀为红巨星,然后颜色变黄。质量为太阳好几倍或者十几倍的恒星,在进入氦燃烧的某个阶段时,也会变黄,成为黄巨星或黄超巨星。这两大类恒星中的一部分会产生周期性脉动。脉动的根本原因是恒星大气中的氦。

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氦有两个电子。恒星收缩时,内部温度升高,当温度达到4万开尔文左右时,氦的另一个电子也被电离。自由电子增多,导致恒星大气的不透明度增高,被俘获的辐射变多,积累的能量变多,恒星膨胀。膨胀会导致降温,两个电子中的一个重新复合回去,恒星大气不透明度降低,被俘获的辐射减少,恒星收缩。收缩会导致升温,电子又被电离,导致以上过程循环往复,恒星就会反复膨胀收缩。

这样的脉动也导致恒星的亮度发生周期性变化。

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