古人樸素世界觀(guān)中的多角星星
縱觀(guān)人類(lèi)歷史，凡是在繪畫(huà)、雕塑上描繪星星的，都無(wú)一例外會(huì)把星星描繪為帶星芒的多邊形。橫豎兩條線(xiàn)的四芒星、猶太人的六芒星、歐洲魔法常見(jiàn)的八芒星等等等，似乎只要不嫌麻煩的話(huà)，畫(huà)多少條星芒都沒(méi)問(wèn)題。
 

▲歐洲天文學(xué)家Alexander Mair（約1562年－1617年）雕刻于銅版上的《測(cè)天圖》，記錄了超過(guò)1200顆恒星。它們都無(wú)一例外的——各種角。
 
理論上講，我們所能看到的自發(fā)光星體，都是由于其發(fā)出的光，就像太陽(yáng)一樣，就是一個(gè)炙熱的大火球而已。雖然可能不是絕對(duì)的圓，但是幾乎近似于一個(gè)較好的圓球形。
 
獵戶(hù)座α星，又名參宿四（就知道你不會(huì)讀：shēn xiù），可能是目前觀(guān)測(cè)到的最不像圓球的星體了。整個(gè)星體膨脹的非常難看、不規(guī)則。雖然同其他星球相比沒(méi)個(gè)球樣，但是也完全不像其在《測(cè)天圖》中觀(guān)測(cè)到的樣子，胖乎乎的樣子一點(diǎn)也看不出哪兒有角。
 

▲人類(lèi)想象中的參宿四就長(zhǎng)這樣，通過(guò)右上角太陽(yáng)、地球的比例尺可以看出它有多大。
 
我們隨便百度一個(gè)外太空觀(guān)測(cè)的照片，會(huì)發(fā)現(xiàn)基本上所有的星星都是有星芒的。難道我們被NASA騙了？呵呵，有圖真的未必有真相。
 

▲NASA哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的M16鷹星云部分照片。仔細(xì)看，每個(gè)星星都有四條長(zhǎng)長(zhǎng)的星芒。
 
事實(shí)上，各種各樣的光學(xué)現(xiàn)象都有可能在相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生，就是不讓你拍好。比如在拍攝明亮物體時(shí)，會(huì)有各種藍(lán)色、紫色的炫光，又或是由于光的波長(zhǎng)不一樣導(dǎo)致其在玻璃中的折射率不同而導(dǎo)致的紫邊、紅邊、藍(lán)邊。而給星星打上星芒烙印的，則是因?yàn)楣獾难苌洮F(xiàn)象。
 

▲NASA登月車(chē)的自拍照中，太陽(yáng)的光暈被放大了許多倍，右下角的藍(lán)紫色光暈也不是實(shí)際存在的。
 
光的衍射性
光的衍射是什么意思？由于光具有波粒二象性，光即是一種波，也是一種粒子，所以光就可以繞過(guò)物體或者物體邊緣，被后面的觀(guān)察者觀(guān)察到。這就是光的衍射。
 

▲當(dāng)一束激光通過(guò)狹小的縫隙或者光柵時(shí)，所產(chǎn)生的衍射就長(zhǎng)這個(gè)樣子。
 
當(dāng)我們使用相機(jī)來(lái)拍攝時(shí)，如果在鏡頭和芯片之間存在障礙的話(huà)，成像圖片上就會(huì)產(chǎn)生一條與之垂直的、中間亮兩邊暗的細(xì)小光線(xiàn)。
 

▲生怕你不理解，作者靈魂手繪給你看。
 

欸！是不是看上去就眼熟多了？是不是從形狀上就不自覺(jué)的聯(lián)想到哈勃望遠(yuǎn)鏡拍出來(lái)的照片了？

 

▲哈勃望遠(yuǎn)鏡還在廠(chǎng)房時(shí)的照片能夠看到，左邊鏡頭上有四根用于支撐副鏡的支撐桿。光線(xiàn)在通過(guò)這幾根細(xì)桿的時(shí)候就會(huì)發(fā)生衍射，具體參見(jiàn)上幅圖片。
 
于是乎，一樁由于哈勃望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的懸案就此結(jié)案。哈勃望遠(yuǎn)鏡采用卡塞格林式反射系統(tǒng)，由兩個(gè)雙曲面反射鏡組成，一個(gè)是口徑2.4米的主鏡、另一個(gè)是裝在主鏡前約4.5米處的副鏡，口徑0.3米。投射到主鏡上的光線(xiàn)首先反射到副鏡上，然后再由副鏡射向主鏡的中心孔，穿過(guò)中心孔到達(dá)主鏡的焦面上形成高質(zhì)量的圖像。
 
而副鏡又不可能懸空在那里，所以必然需要一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)來(lái)支撐。而恰恰是這四根支撐桿，讓我們以為所有的星星真的有星芒。
 

▲某寶網(wǎng)上隨手可見(jiàn)的家用反射式天文望遠(yuǎn)鏡，可以看到鏡頭前面的十字架結(jié)構(gòu)，就是它們給星星插上了各種星芒。如果是三條支架的話(huà)，星星就變成了六芒星。
 
相機(jī)光圈為成像制造了衍射
 
但是相機(jī)呢？相機(jī)并沒(méi)有類(lèi)似望遠(yuǎn)鏡一樣的鏡片支撐結(jié)構(gòu)啊，拍太陽(yáng)、拍星星為什么還是耀眼的光芒、星芒呢？
 

▲連太陽(yáng)也來(lái)湊熱鬧，不過(guò)人家叫光芒……
 
雖然相機(jī)不需要鏡片支撐，但是相機(jī)有光圈，幫助相機(jī)調(diào)整進(jìn)光量，從而獲得高亮度的照片或者大景深。目前市面上的光圈結(jié)構(gòu)都大同小異，但是有一點(diǎn)共性是不會(huì)變的：越小的光圈越是多邊形，越大的光圈越是趨近于圓形。
 

▲一個(gè)典型的光圈結(jié)構(gòu)。
 
而這樣的結(jié)構(gòu)就如同反射式望遠(yuǎn)鏡的支撐結(jié)構(gòu)一樣。各種光圈結(jié)構(gòu)不一樣，拍出來(lái)的星芒也是奇奇怪怪什么樣都有。一般來(lái)說(shuō)，偶數(shù)片光圈頁(yè)片的鏡頭拍出來(lái)的星芒和光圈頁(yè)片數(shù)相同，而奇數(shù)頁(yè)片的鏡頭拍出來(lái)的星芒數(shù)則是光圈頁(yè)片的兩倍。
 

▲不同結(jié)構(gòu)的光圈，對(duì)于星芒形狀的影響不同。而光圈較大或者就是個(gè)圓形的時(shí)候，星芒就變成了光暈。
 
人眼固有的缺陷限制了我們的觀(guān)測(cè)
 
既然圖片上的星芒都是由于成像系統(tǒng)固有的光學(xué)缺陷造成的，但是肉眼看到的星星也有星芒啊？比如文章開(kāi)頭說(shuō)過(guò)的《測(cè)天圖》，1598年就開(kāi)始成稿了，距離世界上架天文望遠(yuǎn)鏡誕生還差11年！為啥上面的星星也有星芒呢？
 

▲遠(yuǎn)在古埃及的時(shí)候，人類(lèi)觀(guān)測(cè)到的星星就已經(jīng)有星芒了。
 
答案其實(shí)很簡(jiǎn)單，因?yàn)槿祟?lèi)自身的光學(xué)結(jié)構(gòu)，嗯，也就是說(shuō)眼睛，也是有光學(xué)缺陷的。雖然說(shuō)“眼見(jiàn)為實(shí)”，但是人眼本身，不過(guò)是一個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)機(jī)構(gòu)罷了，晶狀體是鏡頭，虹膜是光圈，而眼球背面的視網(wǎng)膜是成像機(jī)構(gòu)。和相機(jī)的光圈相比，人類(lèi)的虹膜相當(dāng)高級(jí)，它可以隨時(shí)隨地保持圓形，但是晶狀體就沒(méi)有那么了。
 

▲人眼的晶體遠(yuǎn)沒(méi)有你認(rèn)為的那樣，從小嬰兒到老年人，晶體表面的紋路還在不斷變復(fù)雜。
 
人眼有這樣的鏡頭，何愁不會(huì)衍射？所以人員觀(guān)測(cè)到的星星一樣有星芒。西班牙達(dá)薩·巴爾德斯光電研究所（Instituto de Optica Daza de Valdés）的研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一點(diǎn)。他們用一套復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，記錄下了一束綠色光源進(jìn)入瞳孔完全張開(kāi)的眼睛后，在視網(wǎng)膜上留下的光斑。經(jīng)過(guò)矯正之后，這些光斑的形狀，應(yīng)該就是我們?nèi)庋邸翱吹健钡男切堑男螤睢?br />  

▲西班牙達(dá)薩·巴爾德斯光電研究所用于記錄視網(wǎng)膜光斑的復(fù)雜視覺(jué)系統(tǒng)，右為他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中捕捉到的模擬星星畫(huà)面。
 
通過(guò)一系列的研究發(fā)現(xiàn)，每個(gè)人眼中的星星形狀很有可能都是不一樣的。畢竟在他們研究的樣本有限，但是衍射導(dǎo)致的星芒圖樣千差萬(wàn)別，就沒(méi)有一個(gè)重樣的。
 
這真是個(gè)好消息，只要嘴硬，怎樣畫(huà)星星都不能算錯(cuò)了！