為什麼星星看起來有星芒?

真相追追追

為什麼星星是「星形」?因為我們眼睛有「裂縫」– The News Lens 發布於2014年11月24日

“衍射”是對岸用語,”Diffraction”在台灣稱作”繞射 “。在探討這個主題之前,先來看個實驗

日常生活中隨處可見繞射現象,以照相所拍到的星芒為例,當光圈越小時繞射現象(Fraunhofer繞射)就會越明顯,因此星芒會拉的越長。上則影片使用Sony HandyCam,其調整光圈大小的葉片數為四片,形成四邊形的菱形光圈,因此拍照時就會拉出四條星芒。同理,光圈葉片數六片的相機就會拉出六條星芒。但是Rollei 120 SLR的五葉片光圈卻可拉出十條星芒,這是因為五邊形的任何一個邊緣均可拉出垂直於邊緣方向的兩條星芒,因此五個邊就會形成漂亮的十條星芒。

影片中可觀察到車燈未透過旗幟之前的星芒與透過旗幟之後的方孔繞射圖樣之差異,這種經由葉片光圈所形成的星芒在小光圈時比較明顯(孔徑越小則繞射越明顯),若是使用大光圈則需藉助於星芒鏡才能達成這種效果

至於若使用手機來拍攝,可以考慮自製星芒鏡,不過得在拍攝點光源時效果才明顯(ex.遠方的路燈)

回來看肉眼裸視下所產生的星芒機制(請試著在夜晚時觀察遠方路燈所發出的星芒,特別是透過將兩指捏成的細縫來觀看時),在高中物理實驗中的圓孔繞射現象本應為↓

這是不會產生星芒的,只會產生同心圓的繞射圖樣。但為何裸視來直接觀察遠方路燈時卻會有星芒呢?The News Lens這篇文章認為是「在組成晶狀體時,會有一些不完美的縫合線(suture line)」。由於組成水晶體的每條纖維當其兩端伸展到前後兩極時,如果系統是完全對稱的,它們將在一個點上相遇,但情況並非如此,它們是在稱為縫合線的分支系統中相互相遇。這個縫合線就類似於主動脈,而其形狀在前方呈現Y字形,後方則是賓士的符號

這樣的解釋蠻合理,不過如果因白內障而置換人工水晶體(矽膠或壓克力等材質),由於這時其中已無縫合線,理應不會出現星芒才對,但事實並非如此→mobile01。接著來看一下眼睛在瞳孔大小發生變化時的影片

裸視所見的星芒,會不會就是虹膜輻狀纖維之間的縫隙所造成?亦即瞳孔邊緣的不規則形狀就會如同相機光圈葉片所圍成的非圓所獲致之效果,從而導致在夜景中看到星芒?但也或許與睫毛有關,因為注視遠方路燈時,瞇眼所觀察到的星芒現象會比較明顯,這就如同以雷射筆來測頭髮時所產生的繞射現象

有興趣解開人眼星芒真正機制的同學們或可考慮以此當作專題研究的題材~