為什麼白天看不到星星？
― 星星並沒有消失
你是不是也隱約覺得「星星只有晚上才會出現」呢？其實，星星白天一直都在那裡，光也確實傳到了地面。看不見，並不是因為星星消失了，而是天空本身變得太亮，星星的光被淹沒在其中。天空為什麼是藍色的，背後的原理和這裡完全相同。
晴朗的正午，抬頭看天空，一顆星星也看不到。可是在同一個地方，等太陽下山、天色變暗，剛才明明什麼都沒有的天空，星星就一顆接一顆冒了出來。
於是就形成了「星星是到了夜晚才出現的」這種印象。以日常的感覺來說，這很自然。
不過，這並不正確。星星和太陽一樣，始終在同一個位置發光。它們既沒有移動，也不是忽隱忽現。
改變的不是星星，而是星星周圍天空的亮度。
太陽光在空氣中四處散開，整片天空就像一盞朦朧發亮的大燈。這份亮度會把星星的光蓋掉。
就算是最亮的星星，亮度也只有太陽的幾十億分之一。在刺眼的光亮面前，它就被淹沒了。
「看不見」和「不存在」，是完全不同的兩件事。我們一步一步來看。
天空是藍的，和星星看不見，是同一個現象
如同另一篇文章所寫，白天的天空看起來是藍色，是因為太陽光撞上空氣中的分子，往四面八方散開。這些「散開的光」，讓整片天空像一盞大照明燈一樣發亮。
星光也是穿過同一片天空，才到達我們的眼睛。星光本身不會因為是白天就變弱，也不會到不了。
問題在於，在那點星光的正後方，鋪著一片亮得多的「天空照明」。微弱的光在明亮的背景前，就分辨不出來了。
是天空這盞照明，熄滅了。
這和在黑暗中看蠟燭，剛好相反
我們把這個關係換成身邊的場景來想。在漆黑的房間裡，就算只是一小簇蠟燭火焰也看得很清楚。可是把同一根蠟燭放到明亮的白天窗邊，那簇火焰就幾乎不顯眼了。
蠟燭本身的亮度並沒有變。改變的是周圍的亮度。周圍暗，小小的光也很突出；周圍亮，同樣的光就變得模糊。
星星和天空的關係，也是完全一樣的。星星能不能被看見，永遠只是相對於天空這個「周圍亮度」而言。白天的天空實在太亮，像星星這樣微弱的光，幾乎全都被淹沒了。
並不是所有天體白天都看不見。太陽和月亮在白天也看得很亮，條件好的話，金星白天也看得到。
它們的共通點是本身的亮度特別強。面對天空這片明亮的背景，只有亮度能勝過它的天體，白天才分辨得出來。反過來說，這也是「星星為什麼看不見」的實例佐證。只有在亮度上贏得過的天體，才能穿透白天的天空。
用望遠鏡的話，白天有時也能看到星星
肉眼做不到，但用大型望遠鏡的話，明亮的星星白天也有可能觀測到。
望遠鏡一方面收集星光，一方面把看得到的天空範圍（視野）縮小。視野變窄，進入其中的「天空亮度」總量也會減少。星光被透鏡聚集而變強，背景亮度被縮小範圍而變弱。這兩個效果疊加，亮度的差距縮小，就比較容易分辨了。
也就是說，望遠鏡不是把星星「叫過來」，而是一種把星星和背景之間的亮度較量，調整到對星星有利條件的工具。
自己就能確認的事
- 晴朗的白天，先把房間弄暗，再打開一支小手電筒（最好是光比較弱的）
- 確認在暗房間裡，光看得很清楚
- 接著，拉開窗簾讓房間保持明亮，再打開同一支手電筒
- 確認明明亮度相同的光，突然變得不顯眼
- 這就是「星光沒有變，白天卻看不見」這個現象在身邊的重現
第 4 和第 5 步是這個觀察的關鍵。你可以親眼確認，決定「看不看得見」的，不是光本身，而是周圍的亮度。請不要把光直接對著人的眼睛。
總結
白天看不到星星，並不是因為星星消失了。星星的光不論白天黑夜都照樣傳來，但太陽光在空氣中散開，把整片天空照亮，那微弱的光就被淹沒了。天空是藍色的，和星星看不見，是同一個現象的兩個面向。
星星，一直都在那裡。
看不看得見，取決於周圍的亮度。
想知道更多的人 ― 術語・數值・與課本的連結從國中理化到研究中的話題，都明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理化會學到的範圍
- 高中高中「地球科學基礎」會學到的範圍
- 高中＋高中「地球科學」，或課本中屬於進階、專欄的內容
- 大學高中不會學到，大學專業課程（天文學）的內容
- 研究連大學也不會當成「定論」來教，是研究者目前正在探討的話題
國中術語：關於星星亮度的詞彙
- 恆星：像太陽一樣，自己會發光的星星（為什麼會發光，另有文章說明）。
- 星等：表示星星亮度的數字。數字越小越亮，相差 5 個星等，亮度剛好差 100 倍。
- 散射：光撞上空氣中的分子等，朝各個方向散開。這就是天空看起來明亮發光的原因。
- 對比：明亮和昏暗事物之間的差異。差異越小，就越難分辨。
高中用算式確認：太陽比星星亮多少？
星星的亮度用星等這個數字表示。只要知道這個數字的用法，就能用計算看出太陽的亮度有多麼懸殊。
亮度比 ＝ 100 ^ (星等差 ÷ 5)
| 亮度比 | 亮了幾倍 |
| 星等差 | 兩個天體的星等相減的值 |
| 100^(…) | 把 100 乘上括號中那麼多次方 |
這個算式是依據「星等差 5，亮度剛好差 100 倍」的規則做出來的。星等是數字越小越亮，所以太陽和很顯眼的天體會是負的星等。
| 太陽的星等 | 約 −26.7 |
| 天狼星（夜空中最亮的恆星）的星等 | 約 −1.5 |
| 肉眼看得到的最暗星星的大致標準 | 約 ＋6 |
| 算出星等差 | −1.5 − (−26.7) ＝ 25.2 |
| 除以 5 | 25.2 ÷ 5 ＝ 5.04 |
| 100 的 5.04 次方 | 100^5.04 ≒ 1.2 × 10¹⁰ |
| 太陽比天狼星 | 亮約 120 億倍 |
120 億倍。就連夜空中最顯眼的星星，在太陽面前，以光來說幾乎等於不存在。這個壓倒性的差距，就是星光在白天天空的亮度面前完全不是對手的原因。
| 金星最亮時的星等 | 約 −4.6 |
| 與太陽的星等差 | −4.6 − (−26.7) ＝ 22.1 |
| 除以 5 | 22.1 ÷ 5 ＝ 4.42 |
| 100 的 4.42 次方 | 100^4.42 ≒ 6.9 × 10⁸ |
| 太陽比金星 | 亮約 6.9 億倍 |
接下來，拿金星和天狼星來比較。
| 金星與天狼星的星等差 | −1.5 − (−4.6) ＝ 3.1 |
| 除以 5 | 3.1 ÷ 5 ＝ 0.62 |
| 100 的 0.62 次方 | 100^0.62 ≒ 17.4 |
| 金星比天狼星 | 亮約 17 倍 |
金星是比天狼星還要亮 17 倍的天體。它和太陽的差距（約 6.9 億倍），比天狼星和太陽的差距（約 120 億倍）小得多。
這種「差距仍然很大，但比天狼星好一些」的亮度定位，讓在條件好的日子裡，只有知道往哪裡看的人，才能在白天找到金星。天狼星就算用這個方法，也幾乎看不到。因為差距實在太大了。
※ 實際上，白天能否用肉眼分辨出天體，取決於大氣的透明度、觀察者的視力、眼睛周圍是否遮光等許多條件。這裡的計算，只是用來掌握亮度數量級的參考。
| 星等差 1 的情況 | 1 ÷ 5 ＝ 0.2 |
| 100 的 0.2 次方 | 100^0.2 ≒ 2.512 |
| 驗算一下 | 2.512 × 2.512 × 2.512 × 2.512 × 2.512 ≒ 100 |
| 1 個星等的差是 | 約 2.512 倍 |
「2.512」這個數，是連乘 5 次剛好等於 100 的數。天文學把星等差換算成亮度時，永遠以這個數為基礎。差 2 個星等就是 2.512×2.512 ≒ 6.3 倍，差 3 個星等約 15.8 倍，就這樣一路增加。
高中＋決定「看得見、看不見」的另一個條件
到目前為止，我們看的是星星和天空亮度的比值。至於人眼實際上能不能分辨，還有另一個條件也會有影響，就是對象看起來有多小（像一個點一樣）。
星星離我們非常遙遠，對肉眼來說幾乎是以「點」的形式抵達。以點的形式抵達的光沒有面積，特別容易被明亮的背景淹沒。望遠鏡一邊收集星光、一邊縮小視野的巧思，就是反過來利用了這個性質。
在天體觀測的領域，會把像星星這種點的亮度（目視星等），和天空本身每單位面積的亮度（背景亮度）分開處理。比較這兩者，就能更精確地估計某顆星星在當下的天空條件中看不看得見。
大學在山頂或太空，情況就不同了
天空的亮度，大致取決於讓光散開的空氣量。在海拔高的地方，上方的空氣量本身就比較少，因此即使同樣是白天，天空看起來也會稍微暗一些。
再者，只要到了大氣層之外（太空），根本就沒有能讓光散開的空氣。所以太空人即使在太陽高掛的「白天」，也能觀測到星星清晰可見的天空。天空之所以明亮，正是因為地球有大氣。
這個想法也直接關係到天文台要蓋在哪裡這個實務問題。之所以選擇空氣稀薄、光害少的山頂當觀測地點，是為了盡可能降低背景的亮度。
研究目前還不明確的事
- 要根據地點、時刻、大氣狀態精確預測白天天空的亮度，至今仍不容易。灰塵、水氣的量，以及太陽高度等許多因素交互糾纏，因此模型的估算仍有改進的空間。
- 人眼在明亮背景中能偵測到多微弱的光，存在個人差異。會因年齡、眼睛周圍是否保持昏暗等條件而差異很大，因此要一律畫出「亮度差這麼多就絕對看不見」的界線並不容易。
- 都市的燈光（光害）對夜空造成多大的影響，各地的實測與對策研究也仍在持續。本來應該很暗的夜空，因人造光而愈來愈接近「白天的天空」的地方也日益增多，也可以說，這篇文章所說明的機制，正在夜晚也發生。
「星星看不看得見」，看似單純，其實是亮度的物理、眼睛的特性與大氣狀態交織在一起的問題。越是身邊的疑問，深入挖掘就越有深度，這個在本站一再遇到的模式，這裡也再次出現了。
與課本的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・恆星的性質、光的性質 | 星星不分晝夜都在發光 |
| 高中 | 地球科學基礎・恆星的亮度（星等） | 由星等差求亮度比的計算 |
| 高中＋ | 地球科學・觀測基礎 | 點光源與背景亮度的差異 |
| 大學 | 天文學・大氣科學 | 海拔與天空亮度、天文台的選址 |
| 研究 | 天文學・環境科學（未解決） | 天空亮度的模型化、光害的影響 |
| ― | 觀察 | 體驗對比如何改變看見的樣子 |
- 國立天文台（国立天文台）提供的恆星星等與觀測基礎解說資料。
- 日本天文學會（日本天文学会）提供的天體亮度與可見度一般讀者資料。
- Bohren, C. F. & Clothiaux, E. E., Fundamentals of Atmospheric Radiation（關於大氣散射與天空亮度的專業書籍）。
- 國際暗天協會（IDA）提供的光害相關資料。
- 各種天文年鑑中的恆星、行星星等數據。
※ 星等的數值會因觀測條件與資料來源而略有出入。本文採用一般常被引用的代表性數值。
※本文是寫給一般讀者的科學解說。直接觀察太陽會對眼睛造成嚴重傷害，請絕對不要這麼做。文中列出的數值，是幫助理解原理的參考值。