Resources

教學資源

為何恆星會閃爍,行星不會?

"在晴朗的夜空中會看到星光閃爍,有如眨眼睛一般,正如童謠唱的「一閃一閃亮晶晶,滿天都是小星星」。 "


中央大學天文研究所教授陳文屏的回答如下:

  在晴朗的夜空中會看到星光閃爍,有如眨眼睛一般,正如童謠唱的「一閃一閃亮晶晶,滿天都是小星星」。的確,恆星與行星的光都通過一樣的地球大氣,但是恆星閃爍明顯,這是因為遙遠的距離使它們看起來是極微小的「光點」,而行星則因為距離近,看起來是個「光面」,所以閃爍現象比較不明顯。 

  恆星是團高溫氣體球,中央溫度超過攝氏千萬度,能夠進行核反應釋放能量,這些能量使氣體得以高速運動,產生方向朝外的熱壓力,平衡了內縮的重力而維持穩定結構。我們的太陽就是顆恆星,它的直徑約140萬公里,與地球隔著1億5000萬公里的距離,從地球看太陽的張角約半度,差不多是我們伸直手臂,食指寬度的一半。這樣的角度足以讓我們透過望遠鏡觀察太陽的表面,研究太陽黑子等現象。除了太陽以外的其他恆星,都距離我們非常遙遠,例如離太陽最近的恆星,也就是位於半人馬座方向的α星,雖然實際大小也差不多為百萬公里,但是距離我們將近40兆公里,張角只有百萬分之一度。 

  行星內部沒有核反應,無法支撐太大的體積,因此比恆星小很多。例如木星是太陽系中最大的行星,其直徑約14萬公里(約為太陽的1/10),而與太陽的平均距離為7億8000萬公里(地球與木星的距離則在6億3000萬與9億3000萬公里之間),因此木星看起來的表面張角大小約為0.01度,和遙遠恆星比起來大得多。如果把從地球看遙遠恆星比喻成從台灣看美國的一個籃球,那麼從地球看木星就好比從操場的一端看另一端的一顆乒乓球。我們的眼睛一般能分辨大約1/60度的細節,在這樣的解析能力之下,無論是恆星或行星皆如同「光點」。但是透過望遠鏡,行星的影像放大成為「光面」,我們因此能夠看清表面,而恆星卻仍然是極微小的光點。星光閃爍的原理,是因為大氣冷熱、密度不均,當光線通過時,產生折射現象。豔陽下我們會看到游泳池底晃動的明亮條紋,是因為水面晃動,有如大大小小的放大鏡一般,使得某些地方陽光比較集中,看起來便比較明亮,有些地方則比較暗。大氣也像游泳池的水一樣,一直在晃動(所以才有風),造成影像上下左右晃動以及明暗變化(一閃一閃)。 

  光點和光面有何差別呢?光面可以想成由非常多光點組成,來自個別光點的光通過地球大氣時也都受到擾動,但由於擾動是隨機變化,光面上不同光點的變化會互相抵消,所以總的來說,光面的晃動與閃爍反而比較不明顯。 

  除了行星以外,像是月亮、星系、星雲等張角比較大的天體也都比較不會閃爍。當然,要是大氣氣流旺盛,或是星球仰角低,接近地平線,因此星光通過大氣厚度增加,連行星看起來也會晃動與閃爍。 

【本文轉載自《科學人雜誌》2005年12月號】