这事得从折射定律开始说起。当光穿过密度不一样的介质的时候会发生偏折,偏离原来的传播方向,就像这样:

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(1)

而空气,不是铁板一块的。随时随地都会产生湍流。对的,就是坐飞机的时候空姐经常说的“颠簸”的原因。飞机飞过之后的空气、风扇吹出来的风都可以算是湍流。

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(2)

(所以对小飞机来说,跟在大飞机后面马上起飞可是会翻车,哦不,翻机的哦~)

以上的是大的湍流,空气里还有小的湍流,可能因为空气上下温度不均、或者有冷暖锋要过境了而形成的。即使在晴空万里,看起来空气非常宁静的正午,空气中也还是有很多小湍流的,就像烧水的时候透过水壶口看后面的墙壁会有一点变形一样,因为地面(水壶口)不断在产热,下面的空气向上跑。空气最宁静的时候一般是晚上,空气基本上都冷却下沉到地面,与上层的空气交换变少(所以搞天文的才要熬夜?)。

当然完全成为一个点是不可能的,因为还有衍射在,艾里斑。

现在不均匀的空气就使星光发生偏折,相当于加上了很多奇怪的透镜,就变成了这样:

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(3)

湍流元的速度一般是 10 米 / 秒,所以如果站在一个地方不动,亮区和暗区就会轮流扫过观测者,看到星星时明时暗。这种现象在望远镜里用肉眼观察尤其明显,特别是对准地平线附近的恒星的时候,会抖得很厉害。

而在拍摄中,因为相机可以曝光比较长的时间,就会看到很多个恒星像在不同的地方:

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(4)

这会使我们比较难分辨出恒星。那怎么解决这个问题呢?机智的天文学家们(到目前为止)想出了三个解决办法。

第一是把望远镜扔到天上去:太空中没有大气,当然就没有湍流啦,一了百了。但是这个方法贵啊,不是每个国家都有能力扔一个十来吨重的东西上天啊。

所以我们就在地面上下手:自适应光学

既然空气会将星光偏折。也就是把光的波前搞的歪歪扭扭:

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(5)

那么我就把望远镜也搞得歪歪扭扭:

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(6)

就搞定了。一般镜面的形变大小不大(几微米左右),但是空气变化很快,这就要求望远镜在 0.5 到 1 毫秒之内完成形变,然后准备下一次的形变。那我们怎么知道空气是怎样形变的呢?答案是人工造一颗“星”出来。

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(7)

这是欧南台的 VLT 在用大功率激光器造出一颗“星”来获取空气抖动的情况。当然这种激光器因为功率太大会造成危险,所以在附近有飞机的时候会暂时关闭。

最后一种就直接破罐子破摔了,空气要抖就让它抖去吧~这种技术叫做幸运成像,一张照片照出来是这个样子的:

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(8)

然后我们重复 5000 次,把 5000 张照片叠在一起,这样最亮的地方基本上就是恒星所在的地方:

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(9)

之后再把每张照片最亮的地方移到一起,看起来就不是一坨亮光了:

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(10)

再挑出最好的 500 张照片(标准我不是很清楚)叠加,效果拔群:

为什么星星一闪一闪的还变色(星星为什么老是一闪一闪的呢)(11)

明显看到有三个天体了吧?

所以星星一闪一闪这事,一般人看起来可能听好玩,但是对于搞天文的来说还是挺大的问题^

参考资料:湍流、艾里斑、甚大望远镜、自适应光学、幸运成像

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