眨眼的星星：你的第一个天文问题
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1 眨眼的星星：你的第一个天文问题
你有没有过夏夜躺在老家凉席上数星星的经历？奶奶摇着蒲扇给你讲牛郎织女的故事，你仰着脖子数啊数，数到眼睛发花也数不清那些碎钻一样的亮点，还发现它们总是一闪一闪的，像在对着你挤眼睛——说不定你心里早就冒出来过两个问题：这些挂在天上的小亮点，到底是个什么东西？为什么它们要不停地眨眼睛？
别着急，今天我们就一起解开这两个最基础也最有趣的天文谜题，看完你不仅能给爸爸妈妈讲清楚星星的来历，还能自己找出头顶最亮的那颗星，告诉它为什么总爱眨眼呢。
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你数过的星星，其实是“远方的太阳”
很多人会把太阳和星星当成两种完全不同的东西：太阳是白天挂在天上的大火球，星星是晚上亮晶晶的小点点。但实际上，你晚上看到的绝大多数星星，和太阳是完全“一家人”，它们有个共同的名字：恒星。
什么是恒星？简单说，就是自己能发光、发热的星球。我们的太阳就是离地球最近的恒星，它每秒都在把几百万吨的氢变成氦，放出光和热，已经这样亮了46亿年，还能再亮50亿年。你晚上看到的所有星星，本质上都是和太阳一样的恒星：有的比太阳大几十倍，有的比太阳小一点，它们自己都会发光，只是离我们太远了，所以看起来只有针尖那么小。
我们可以把宇宙想象成一个特别大的操场：太阳就是这个操场中间的大探照灯，离你只有10米远，所以特别亮；你晚上看到的星星，就是远处别的操场上的探照灯，离你几公里甚至几十公里远，看起来就只有小点点一样。天文学家用“光年”来量这种距离：光的速度特别快，每秒能跑30万公里，从地球跑到月亮只需要1秒多，光跑一年的距离大概是9.46万亿公里，这就是1光年。你看到的星星的光，很多都是走了几年、几十年甚至几百年才到你的眼睛里，你看到的其实是它很久以前的样子哦。
比如离太阳系最近的恒星是比邻星，它离我们4.24光年，也就是光从它那里走到地球要4年多。如果太阳跑到比邻星的位置，那它在我们的天空里也只是个普通的亮星，和天狼星差不多亮，根本不会像现在一样把整个天空都照亮。
你可能会问：那太阳白天出来，星星怎么晚上才出来？其实星星白天也在，只是太阳的光太亮了，就像你打开手电筒照在脸上，就看不到远处的萤火虫一样，太阳的光把其他星星的微光完全盖住了，只有太阳落山之后，天空暗下来，我们才能看到那些遥远的恒星。
> 小探险家的观察日记 > 三年级的林小夏去年冬天在爷爷家过寒假，晚上她躺在院子里数星星，发现南边天空有一颗特别亮的星，一闪一闪的，比旁边的星星亮好多。她问爷爷那是什么，爷爷也不知道，于是她拿出妈妈的手机下了个星图APP，一查才知道那颗星叫天狼星，距离地球8.6光年，本身的亮度是太阳的25倍，是夜空中最亮的恒星。林小夏还把天狼星的样子画在了她的观察本上，旁边写着：“我看到的这颗星，是8年前发出来的光哦”。
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星星眨眼不是它在调皮，是大气在“捣乱”
解决了“星星是什么”的问题，我们再来看看第二个问题：为什么星星会一闪一闪的，像在眨眼睛？首先我们要澄清一个误区：星星本身其实不会眨眼，让它“眨眼睛”的罪魁祸首，是我们头顶的大气层。
你有没有过这种经历：夏天走在滚烫的马路上，看远处的路面好像在水波一样晃，路边的树也歪歪扭扭的；或者冬天在户外看远处的房子，好像也在轻轻晃动。这些都是因为空气的密度不均匀：被晒热的地面附近的空气热，密度小，比较远的冷空气密度大，光线穿过这些密度不一样的空气层时，会发生折射——就是光线的方向会弯折。
我们来做个小实验，你家里就能做：拿一个透明的玻璃杯，装满水，把一根筷子斜着插进去，让一部分筷子露在空气中，一部分在水里。从侧面看过去，你会发现筷子在水面处好像“断”了，这就是光的折射：光从水里进入空气的时候，方向弯了，所以你的眼睛会觉得筷子的位置变高了，看起来就像断了一样。
星星眨眼也是同样的原理：星星的光从太空进入地球的大气层的时候，要穿过很多密度不一样的空气层，光线的方向会不断弯折。而且大气层从来不是静止的：有风在吹，有热空气在上升，冷空气在下降，一直在晃来晃去，所以光线的弯折方向也在一直变。有时候光线刚好弯到我们的眼睛里，星星就显得特别亮；有时候光线弯到别的地方去了，我们接收不到它的光，星星就显得暗了。一明一暗快速变化，看起来就像星星在眨眼睛一样。
如果是在大气层外面看星星，就不会有这种现象：国际空间站的宇航员就说，从太空看星星，全都是稳稳地亮着，一点都不眨，因为外面没有空气，光线不会发生折射。
这也是为什么世界上的天文台都要建在高山上：比如夏威夷的莫纳克亚山天文台，建在海拔4200米的山顶上，那里的空气很稀薄，而且非常稳定，大气抖动特别少，所以星星看起来几乎不眨，拍出来的星空照片也特别清楚。如果我们把天文台建在雾霾多、空气乱晃的低海拔城市，就算望远镜再好，拍出来的星星也是模糊的。
> 电子版侧边栏小知识 > 你知道吗？有些星星的“眨眼”是有规律的，它们本身就会变亮变暗，这种星叫“变星”。比如北极星其实也是一颗变星，它的亮度每4天就会变一点点，只是变化很小，我们肉眼看不出来，需要专门的仪器才能测到。
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亮星排行榜：谁才是夜空中最亮的星？
现在我们知道了星星是发光的恒星，眨眼是大气搞的鬼，那你可能会问：为什么有的星星看起来特别亮，有的特别暗？是它们本身亮度不一样，还是离我们有远有近？
其实星星的明暗由两个因素决定：一个是它本身有多亮（天文学上叫“绝对星等”），一个是离我们有多远。本身特别亮、离我们又近的星星，看起来就最亮；本身很暗、或者离我们特别远的星星，看起来就暗。
我们先来说说肉眼能看到的最亮的天体，它们分别是： 1. 太阳：不用多说，白天最亮，视星等（就是我们看到的亮度）是-26.7，是天空中绝对的第一亮，比第二亮的月亮亮几十万倍。 2. 月球：本身不发光，是反射太阳的光，视星等-12.7，晚上最亮的天体，比最亮的恒星亮几万倍。 3. 金星：太阳系里最亮的行星，也是除了太阳和月亮之外，全天最亮的天体，最亮的时候视星等能到-4.9，比最亮的恒星天狼星亮十几倍。金星是内行星，总是在太阳附近转，所以要么在傍晚的西边天空，要么在清晨的东边天空，特别亮的时候，甚至会投下影子，很多人会误以为是UFO。 4. 天狼星：夜空中最亮的恒星，视星等-1.46，属于大犬座，冬天晚上朝南看特别容易找到。它本身的亮度是太阳的25倍，离我们只有8.6光年，所以看起来特别亮。 5. 大角星：牧夫座的主星，是颗橙红色的恒星，视星等-0.05，春天晚上朝北看就能找到，颜色偏红，像个小橙子挂在天空。 6. 织女星：天琴座的主星，视星等0.03，夏天晚上朝南看，天顶附近最亮的星就是它，是天琴座的最亮星，也是夏季大三角的三个顶点之一。
我们拿几颗星对比一下，你就能明白“本身亮度”和“距离”的影响有多大了：
- 天狼星：本身亮度是太阳的25倍，距离8.6光年，视星等-1.46，是夜空中最亮的恒星。
- 参宿七（猎户座膝盖上的蓝白色亮星）：本身亮度是太阳的6万倍，比天狼星亮多了，但是距离我们860光年，远了100倍，所以视星等只有0.18，看起来比天狼星暗不少。
- 比邻星：离我们最近的恒星，只有4.24光年，比天狼星还近，但是它是颗很小的红矮星，本身亮度只有太阳的0.1%，视星等只有11，肉眼根本看不到，需要用望远镜才能找到。
有的小朋友可能会问：星星的亮度会不会变？其实大部分恒星的亮度都很稳定，但是也有少数恒星会“发脾气”，亮度突然变亮或者变暗，比如2019年的时候，猎户座的参宿四突然变暗了好多，天文学家说它内部发生了物质抛射，可能在几百年后变成超新星爆发，到时候它会亮得像半个月亮一样，甚至白天都能看到，我们的祖先说不定也能看到这颗突然出现的亮星呢。
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动手小实践：用手机APP当你的星空向导
今天学的知识，不如自己动手验证一下？我们只需要一部智能手机，就能轻松找出头顶的亮星，看看它们是不是真的在“眨眼”。下面是具体的操作步骤，跟着做就行：
步骤1：选一款适合儿童的天文APP
打开手机的应用商店，搜索“星图 Star Walk 2”或者“星空”，这两款APP都有中文界面，还有可爱的语音讲解，操作特别简单，免费版的功能就足够我们用了。下载好之后打开，记得允许APP获取你的位置权限，这样它就能准确显示你头顶的星空了。
步骤2：先找最容易认的亮星
如果你不知道怎么找，可以先从这几颗最容易认的亮星下手：
- 傍晚的时候，朝西边天空看，最亮的那颗大概率是金星，APP上会直接标注“金星”，你还可以看它每天的位置都在变，因为它在绕太阳转。
- 冬天晚上朝南看，先找猎户座：三颗亮星排成一条直线，就是猎户的腰带，特别容易认，腰带下面那颗最亮的星就是天狼星。
- 春天晚上朝北看，牧夫座的大角星是橙红色的，像个小橙子，是北天天空最亮的星之一。
- 夏天晚上朝南看，天顶附近最亮的星是织女星，它和旁边的天津四、牛郎星组成一个大的直角三角形，叫“夏季大三角”，特别好认。
步骤3：验证星星眨眼的原理
找到亮星之后，把手机举起来，对准它，APP上会显示它的名字、距离、本身亮度等信息，还有语音讲解。然后盯着它看5分钟，你会发现它真的在闪一闪的，有时候亮有时候暗，这就是我们刚才说的大气折射在起作用啦。
步骤4：做你的星空观察笔记
拿一个小本子，画下你看到的亮星的位置，记下它的名字、观测的方向、时间，下次再来看的时候，你会发现星星的位置变了——这是因为地球在自转，星星跟着地球转，所以每天同一时间看，星星的位置会慢慢往西边移。
> 实践小贴士 > 1. 要在光污染少的地方看星星：比如小区里没路灯的角落，或者郊外、乡下，路灯太亮的话会盖住星星的微光，看不到的。 > 2. 冬天看星星要穿厚外套，夏天记得带驱蚊水，观察的时候别着凉。 > 3. 如果遇到阴天或者有雾霾，就等天气好的时候再观察， APP 也可以提前告诉你当天晚上能看到哪些亮星。
```mermaid flowchart LR A[开始：找光污染少的观测点] --> B[打开天文APP并获取位置权限] B --> C[识别头顶最亮的天体（金星/天狼星/大角星等）] C --> D[举手机对准天体查看详细信息] D --> E[观察5分钟记录明暗变化] E --> F[写下观察笔记总结原因] ```
> 小实验：在家就能做的折光实验 > 材料：透明玻璃杯、清水、一根筷子 > 步骤：1. 把杯子装满水；2. 把筷子斜着插进水里，让一部分在水里，一部分在空气中；3. 从侧面看，筷子好像在水面处“断”了，这就是光的折射，和星星眨眼的原理一模一样哦。你可以试试把杯子里的水换成油，看看筷子会不会折得更厉害，想想这是为什么？
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本章小结
这一章我们一起解决了两个最基础的天文问题：我们抬头看到的星星，是宇宙中自身发光发热的恒星，和太阳是完全一类天体；星星一闪一闪并不是它在调皮，而是地球大气层的抖动让光线发生了折射，看起来就像在眨眼睛。我们还知道了亮星的明暗由它本身的亮度和离我们的距离共同决定，还学会了用手机APP识别头顶的亮星，验证了大气折射的原理。
现在你已经完成了第一个天文探险任务，是不是对星空更感兴趣了？下一章，我们要去认识离我们最近的恒星——太阳，看看太阳到底有多热，为什么能给我们带来光和热，还有太阳表面的黑子、耀斑到底是什么东西，准备好开启下一段探险了吗？
做完这个小实验，你可能会发现：筷子插得越斜，水面处的“折角”就越明显。其实星星的“眨眼”也是这个道理——我们头顶的大气层从来不是平静的，风在吹、热空气在往上飘、冷空气在往下沉，不同高度的空气密度不一样，星星的光穿过这些“晃来晃去”的空气层时，折射的方向就会不停地变。要是哪天晚上风特别大，你抬头看星星，会发现它们闪得特别快，一秒钟能闪好几下，就像在着急地眨眼睛；要是没风的晴朗夜晚，星星的闪烁就会慢很多，像在温柔地对你眨眼呢。
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小探险家的疑问解答
看完前面的内容，你的小脑袋里是不是还冒出了更多问题？我们挑两个最常被问到的一起解答： 1. 星星会不会掉下来呀？ 当然不会啦！宇宙里可没有我们平时说的“上下”方向，所有的恒星都在按照自己的轨道绕着银河系的中心转，就像你坐旋转木马不会掉下来一样。而且你晚上看到的星星，绝大多数都比太阳大得多、重得多，它们的引力牢牢抓住了自己的“家庭成员”（比如行星、小行星），根本不会乱跑。你担心星星掉下来，还不如担心你家的猫咪会不会跳到桌子上打翻你的水杯呢！ 2. 为什么有的星星是红色的，有的是蓝色的？ 你仔细观察过吗？天狼星是白白色的，大角星是橙红色的，还有的星星是蓝白色的，就像不同温度的灯泡：红色的星星表面温度低，大概只有2000-3500摄氏度，就像烧红的木炭；橙色的星星温度高一点，大概3500-5000摄氏度；白色的星星温度更高，5000-8000摄氏度；而蓝白色的星星温度最高，能到1万摄氏度以上。太阳就是一颗白色的恒星，表面温度大概5500摄氏度，所以看起来是黄白色的哦。
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不用APP也能找到的3颗入门亮星
要是你还没有手机，或者出门的时候没带手机，也没关系，只要记住下面三个特征，就能轻松找到夜空中最亮的几颗星： 1. 冬天找天狼星：冬天晚上朝南边天空看，先找猎户座——猎户座中间有三颗特别亮的星排成一条直线，就像猎人的腰带，这三颗星几乎一样亮，排得整整齐齐，特别好认。腰带往下挂的那颗最亮的星，就是天狼星，它是整个天空里最亮的恒星，闪得特别亮眼。 2. 夏天找织女星：夏天晚上朝南边天空看，找到天顶（就是头顶正上方）最亮的那颗星，大概率就是织女星。要是你运气好，能看到它旁边还有两颗稍暗一点的星，三个星组成一个直角三角形，这就是夏季大三角，另外两个顶点分别是牛郎星（银河东边的那颗）和天津四（银河西边的那颗），整个夏天都能看到。 3. 春天找大角星：春天晚上朝北边天空看，找到北斗七星——它像个小勺子挂在北方天空，顺着勺口的两颗星往开口的方向延长5倍距离，就能找到北极星，而北斗七星勺把往外延伸的第一颗特别亮的橙红色星，就是大角星，它是牧夫座的主星，颜色偏红，像个小橙子挂在天上。
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小探险家的真实观测记录
杭州某小学天文社团的10岁小朋友张明远，去年冬天第一次跟着爸爸去郊外看星星。他之前在书里看到天狼星是夜空中最亮的星，一直想亲眼看看。那天晚上郊外没有路灯，天空特别黑，他刚抬头就看见南边天空有一颗星闪得特别亮，比旁边的星星亮了好几倍，还一秒钟闪了五六下，他赶紧拿出观察本记下来，还画了个小漫画：天狼星戴着墨镜，旁边写着“今天风太大，我闪得停不下来”。 后来天文老师告诉他，天狼星本身是一颗蓝白色的主序星，亮度是太阳的25倍，离我们只有8.6光年，所以看起来特别亮。那天晚上郊外风大，大气层晃得厉害，所以星星的闪烁特别明显。张明远后来每个月都去郊外观测一次，现在已经能认出十几颗亮星了，他还说要把自己看到的星星都画下来，出一本自己的《星空画册》呢。
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小实践：做一次“光污染小调查”
你可能会发现，在小区里能看到星星，但是数量特别少，而在郊外、乡下，星星就像撒了一把碎钻，数都数不清。这是因为城市的灯光、路灯、家里的灯光都会把星星的微光盖住，这就是“光污染”。 你可以和爸爸妈妈一起做个小调查：选一个晴朗的晚上8点，在自家小区楼下找一个没有路灯的角落，数一数你能看到多少颗星星；然后周末去郊外的爷爷奶奶家，或者去没有路灯的乡下，再数一数能看到多少颗。对比两次的数量，你就能明白光污染对观星的影响有多大啦。要是你愿意，还可以提醒爸爸妈妈：出门的时候随手关灯，家里用遮光性好的窗帘，这样不仅能省电，还能让天上的星星更清楚地被我们看到哦。
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本章小结
这一章我们一起解决了两个最基础也最有趣的天文问题：我们抬头晚上看到的星星，本质上是和太阳完全一样的恒星，它们自身能发光发热，只是因为离我们太远，所以看起来只有针尖大小；星星一闪一闪的“眨眼”现象，并不是星星自己在闪，而是地球大气层的密度不均匀、一直在晃动，导致星星的光在穿过大气层时发生折射，方向不断变化，看起来就像在眨眼睛。 我们还知道了星星的明暗由两个因素决定：它本身的亮度，以及它离我们的距离。比如天狼星本身亮度是太阳的25倍，离我们只有8.6光年，所以是夜空中最亮的恒星；而比邻星虽然是离我们最近的恒星，只有4.24光年，但它是颗很小的红矮星，本身亮度只有太阳的0.1%，所以肉眼根本看不到。 最后我们学会了用手机APP识别亮星的方法，也记住了不用APP也能找到天狼星、织女星、大角星三个入门亮星的小技巧，还了解了光污染对观星的影响，完成了第一次星空观测的小实践。 现在你已经迈出了天文探索的第一步，是不是已经忍不住想抬头看看今晚的星星了？下一章，我们要去认识离我们最近的恒星——太阳，看看太阳到底有多热，为什么能给我们带来光和热，太阳表面的黑子、耀斑到底是什么东西，还有我们常说的“太阳黑子会影响天气”是不是真的，准备好开启下一段探险了吗？