星星為什麼會一閃一閃地眨眼？
― 搖晃的不是星星，而是你頭頂上的空氣
星星在遙遠的地方，靜靜地持續發光。它並沒有一閃一閃地切換亮度。然而，從地面抬頭看去，卻顯得閃爍不定。原因就在於星星和眼睛之間的地球大氣。空氣中存在溫度不均勻的地方，光線經過時路徑會稍微彎曲。而彎曲的方式每一刻都在變化，因此傳到眼中的光量會忽多忽少。
在一個晴朗的夜晚，你走到戶外抬頭看天空。無數光點散布在天上。仔細看的話，會發現有幾個點微微顫動，亮度不停搖晃。
但其中有一個稍大的點，完全不會顫動。它的光很穩定，顏色也沒有變化。後來查了一下才知道，那不是星星，而是木星。
同樣是夜空中的天體，卻有會顫動和不會顫動的差別。這個差異，正好告訴我們眨眼現象的真相。
原因大致只有兩個
溫暖的空氣和冰冷的空氣，光在其中前進的速度會有些微差異。在交界處，光的路徑就會彎曲。空氣一直在流動，所以彎曲的方式也隨時在改變。
來自一個點的光，只有一條路徑，一旦這條路徑搖晃，傳到眼中的光量就會整體增減。而附近的行星看起來是一個小圓面，許多光點的搖晃會互相抵消，所以顯得穩定。
換句話說，眨眼並不是星星本身的性質，而是地球大氣的性質。雖然是在觀察夜空，實際上看到的卻是自己頭頂上方大約10公里高的大氣。接下來我們依序來看看細節。
空氣溫度不同，為什麼光會彎曲？
光在真空中前進的速度最快。在空氣中，速度會稍微變慢。變慢的程度，取決於空氣的濃度（密度）。
溫暖的空氣會膨脹變輕、變稀薄。冰冷的空氣則會收縮變重、變濃密。因此，當光斜著穿過溫暖空氣和冰冷空氣的交界時，前進方向就會稍微改變。這和游泳池底看起來比實際淺是同樣的現象。
而空氣並非靜止不動。地面升起的熱氣、高空吹拂的強風、撞上山脈或建築物的氣流，這些都會攪動空氣，形成大大小小的溫度團塊。這些團塊隨風飄移，一個接一個地經過連接眼睛與星星的那條線上。
結果，星光經過的路徑，會以每秒數十次的速度不斷微微改變。有時光線集中而變亮，有時光線分散而變暗。這就是眨眼現象的本質。請看圖1。
為什麼行星不容易眨眼？
星星的距離極其遙遠。不管多大的星星，肉眼看起來都只是沒有大小的一個點。來自一個點的光只有一條路徑，這條路徑一旦搖晃，亮度就會整體改變。
另一方面，行星雖然也在同一片夜空中，距離卻完全不同。金星或木星，即使用肉眼看，也是以「極小的圓面」的形式呈現。圓面上的每一個點，都各自經由不同的路徑而來。
當某條路徑變暗時，隔壁的路徑可能正在變亮。把許多路徑的明暗加總起來，變化就會被平均掉。因此行星看起來才會是穩定的光。若在夜空中發現不會顫動的光點，通常就很可能是行星。
正上方星星的光，會以最短距離垂直穿過大氣。靠近地平線的星星，則是斜著穿過大氣，路徑更長。經過的空氣越多，經過的溫度不均之處也就越多。所以位置越低的星星，眨眼越強烈，甚至顏色看起來也會忽紅忽藍。
星星眨眼的強弱，直接影響天文觀測的品質。空氣搖晃較小的夜晚，望遠鏡看到的影像也會更清晰。天文台會建在高山之上，或是氣流穩定的島嶼上，正是為了盡量減少這種空氣搖晃的影響。
總結
星星會眨眼，並不是星星本身的錯，而是星星與眼睛之間那不斷流動的空氣造成的。溫度不均使光的路徑稍微彎曲，而彎曲的方式持續變化，導致傳來的光量搖晃不定。再加上星星只能看成一個點，這個搖晃就直接變成了亮度的變化。
眨眼並不是星星傳來的信號。
而是頭頂上的空氣在流動，這是地球給我們的訊號。
光因空氣溫度差而彎曲的話題，在為什麼會看到海市蜃樓？中也是主角。至於星星本身為什麼能持續發光，可以參考星星為什麼能持續發光數十億年？；白天看不到星星的原因，則在為什麼白天看不到星星？中討論。至於地面上光線搖晃的例子，也可以參考樹蔭下的光斑，為什麼全都是圓形的？。
- 在晴朗的夜晚抬頭看天空約10分鐘。數一數並比較會微微顫動的光點和穩定不動的光點。一般認為，穩定不動的那個更可能是行星。
- 同一個晚上，比較頭頂正上方的星星和接近地平線的低空星星。低空的星星往往顫動得更劇烈，甚至顏色也會有變化。
- 在晴朗的白天，用較低的視線角度眺望被日曬曬熱的柏油停車場。對面的景色會搖搖晃晃地扭曲。這其實就是夜空中發生現象的放大版。
夜間觀察請選在沒有車輛通行的安全地點進行。務必先確認腳下與周圍的狀況後，再抬頭看天空。
想進一步了解的人 ― 用語、公式與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，明確標示每段內容屬於哪個層級
- 國中國中理科課程所學的範圍
- 高中高中「物理基礎・物理」課程所學的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄介紹的內容
- 大學高中不會學到、屬於大學專業科目（天文學・大氣物理學）的內容
- 研究即使在大學也還不算「定論」，是研究者目前仍在探究中的話題
國中用語：這個現象是有名字的
- 眨眼（星星的閃爍）：指穿過大氣後的星光，亮度出現細微搖晃的現象。
- 折射：光在前進速度不同的區域交界處改變方向。不只在水或玻璃中會發生，在濃度不同的空氣交界處也會發生。
- 大氣擾動：指空氣的溫度與密度隨地點不同而不同，並且持續在流動的狀態。星光的路徑會因此每一刻都在改變。
- 視角直徑：天體在天空中看起來的大小，以角度來表示。星星太小，肉眼看來只是一個點。
國中高中用公式驗證：行星看起來是擾動的多少倍大？
行星不容易眨眼的原因，在於它看起來的大小遠遠大於空氣擾動的尺度。這裡以木星為例，代入實際數值來驗證。角度單位使用「秒角」，即1度的3600分之1。
| 用符號寫成 | θ ≒ D ÷ L（弧度） 倍率 ＝ θ ÷ θ擾動 |
| 用文字寫成 | 看起來的大小（角度）≒ 天體直徑 ÷ 天體距離。再除以空氣擾動的大小，就能得出看起來相當於幾個擾動的寬度 |
| 公式的來源 | 圓弧長度 ＝ 半徑 × 中心角（弧度）的關係。天體距離極遠，因此可將直徑視為弧長（小角度近似） |
| 符號 | 意義與單位 |
| 距離 | 從地球到天體的長度。單位為公里 |
| 直徑 | 天體本身的直徑長度。單位為公里 |
| 視角直徑 | 在天空中看起來的大小。單位為度，或秒角 |
| 木星到地球的距離（接近地球時） | 約為6億公里 |
| 木星的直徑 | 約為14萬公里 |
| 角度換算用的常數 | 1弧度約等於57.3度 |
| 良好夜晚的大氣擾動大小 | 約為1秒角 |
| 算出看起來大小的比例 | 140000 ÷ 600000000 ≒ 0.00023 |
| 換算成度的單位 | 0.00023 × 57.3 ≒ 0.013 |
| 換算成秒角的單位 | 0.013 × 3600 ≒ 47 |
| 與擾動大小比較 | 47 ÷ 1 ＝ 47 |
計算結果顯示，木星看起來的大小大約是空氣擾動的47倍。單一擾動造成的明暗變化，只佔整體極小的一部分，因此會被平均掉而顯得穩定發光。而星星的視角直徑，以肉眼觀看時遠遠小於擾動的尺度，所以不會發生這種互相抵消的效果。
高中高中＋折射率由空氣密度決定
高中高中課程中會學到折射定律。當光斜向穿過交界面時，會依前進速度的比例改變方向。空氣的折射率非常接近1，在地表附近大約是1.0003。這個微小的差異，會在光經過長距離的過程中不斷累積。
高中＋空氣折射率與1之間的差，大致與密度成正比。根據氣體狀態方程式，密度與壓力成正比，與溫度成反比。也就是說，光只差1度的溫度差異，折射率也會產生極微小的差異。夜空中的光，就是穿過了好幾公里累積起來的這種差異。
大學擾動的強弱以統計的語言來測量
在大學的大氣物理學中，空氣的攪動被視為能量從大渦旋傳遞到小渦旋的流動過程。折射率不均勻的強度，會以每個高度上的數值來表示。將這個分布沿高度方向加總後所得的量，就能估算出當晚影像的模糊程度。天文台會將這個數值作為該地觀測條件的指標，每天記錄下來。
大型望遠鏡也採用了抵消擾動的技術。做法是讓鏡面每秒變形數百次，即時將扭曲的光波前修正平坦。多虧了這項技術，地面望遠鏡有時也能獲得接近太空望遠鏡的清晰度。這項技術稱為「適應性光學」。此外，各尺度渦旋能量的分配方式，可用柯爾莫哥洛夫的湍流理論來表示。
📖 公式推導與更深入的內容：適應性光學（維基百科，日文） ／ 湍流（維基百科，日文）
研究目前尚未完全明瞭的部分
- 擾動是在哪個高度產生的。 靠近地表的氣層，以及高空強風氣層，究竟哪一個影響較大、影響多少，隨地點與季節而異，目前仍在持續觀測累積資料的階段。
- 數小時後的預測。 研究者持續嘗試從氣象預報事先判斷今晚擾動的強弱。這與觀測時間的分配直接相關，因此對提升精確度的需求很高。
- 依顏色而異的差異。 眨眼時伴隨的顏色變化，是因為不同顏色的光彎曲程度不同所致。至於這種現象在人眼中會如何被感知，這方面的研究目前還不算多。
也就是說，本文的內容也只是「目前已知範圍內的說明」。眨眼現象，其實也是地球大氣狀態每晚免費告訴我們的天然測量儀。
與教科書的連結（依層級分類）
| 層級 | 科目・單元 | 本文對應段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・光的性質（反射與折射） | 溫度不同的空氣交界處，光的路徑彎曲的說明 |
| 高中 | 物理・波（折射定律） | 折射率與前進速度的關係 |
| 高中＋ | 物理・氣體的性質／地學・大氣 | 密度與溫度如何造成折射率的微小差異 |
| 大學 | 大氣物理學・觀測天文學 | 擾動的統計表示方式，以及鏡面變形的修正技術 |
| 研究 | 大氣光學・觀測條件預測 | 擾動在哪個高度產生、何時會變強的研究 |
| ― | 與生活的連結 | 在夜空中找出不會顫動的光點、炎熱天氣裡景色的扭曲 |
- 國立天文台 天文資訊中心「常見問題」（關於星星眨眼與大氣擾動的解說，日文原名：国立天文台 天文情報センター「よくある質問」）
- 日本天文學會《天文學辭典》線上版「視寧度」「大氣擾動」條目（日文原名：日本天文学会『天文学辞典』オンライン版）
- 家正則等著《現代天文學系列 第15卷 宇宙的觀測I ― 光學・紅外天文學》日本評論社（日文原名：家正則ほか『シリーズ現代の天文学 第15巻 宇宙の観測I ― 光・赤外天文学』日本評論社）
- 國立天文台 夏威夷觀測所（昴星團望遠鏡）「適應性光學」解說頁面（日文原名：国立天文台 ハワイ観測所（すばる望遠鏡）「補償光学」の解説ページ）
- 國立天文台編《理科年表》丸善出版（行星距離・直徑・視角直徑數值，日文原名：国立天文台編『理科年表』丸善出版）
※本文為一般大眾取向的科學解說。文中所列數值僅為理解機制用的參考概算值。夜間戶外觀察請務必確認周圍交通與腳下安全，並遵循當地管理單位或政府機關的指示。