古人樸素世界觀中的多角星星
縱觀人類歷史，凡是在繪畫、雕塑上描繪星星的，都無一例外會把星星描繪為帶星芒的多邊形。橫豎兩條線的四芒星、猶太人的六芒星、歐洲魔法常見的八芒星等等等，似乎只要不嫌麻煩的話，畫多少條星芒都沒問題。
 

▲歐洲天文學家Alexander Mair（約1562年－1617年）雕刻于銅版上的《測天圖》，記錄了超過1200顆恒星。它們都無一例外的——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，就像太陽一樣，就是一個炙熱的大火球而已。雖然可能不是絕對的圓，但是幾乎近似于一個較好的圓球形。
 
獵戶座α星，又名參宿四（就知道你不會讀：shēn xiù），可能是目前觀測到的最不像圓球的星體了。整個星體膨脹的非常難看、不規(guī)則。雖然同其他星球相比沒個球樣，但是也完全不像其在《測天圖》中觀測到的樣子，胖乎乎的樣子一點也看不出哪兒有角。
 

▲人類想象中的參宿四就長這樣，通過右上角太陽、地球的比例尺可以看出它有多大。
 
我們隨便百度一個外太空觀測的照片，會發(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哈勃望遠鏡拍攝的M16鷹星云部分照片。仔細看，每個星星都有四條長長的星芒。
 
事實上，各種各樣的光學現(xiàn)象都有可能在相機的光學系統(tǒng)中發(fā)生，就是不讓你拍好。比如在拍攝明亮物體時，會有各種藍色、紫色的炫光，又或是由于光的波長不一樣導致其在玻璃中的折射率不同而導致的紫邊、紅邊、藍邊。而給星星打上星芒烙印的，則是因為光的衍射現(xiàn)象。
 

▲NASA登月車的自拍照中，太陽的光暈被放大了許多倍，右下角的藍紫色光暈也不是實際存在的。
 
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，所以光就可以繞過物體或者物體邊緣，被后面的觀察者觀察到。這就是光的衍射。
 

▲當一束激光通過狹小的縫隙或者光柵時，所產生的衍射就長這個樣子。
 
當我們使用相機來拍攝時，如果在鏡頭和芯片之間存在障礙的話，成像圖片上就會產生一條與之垂直的、中間亮兩邊暗的細小光線。
 

▲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的聯(lián)想到哈勃望遠鏡拍出來的照片了？

 

▲哈勃望遠鏡還在廠房時的照片能夠看到，左邊鏡頭上有四根用于支撐副鏡的支撐桿。光線在通過這幾根細桿的時候就會發(fā)生衍射，具體參見上幅圖片。
 
于是乎，一樁由于哈勃望遠鏡的結構設計制造的懸案就此結案。哈勃望遠鏡采用卡塞格林式反射系統(tǒng)，由兩個雙曲面反射鏡組成，一個是口徑2.4米的主鏡、另一個是裝在主鏡前約4.5米處的副鏡，口徑0.3米。投射到主鏡上的光線首先反射到副鏡上，然后再由副鏡射向主鏡的中心孔，穿過中心孔到達主鏡的焦面上形成高質量的圖像。
 
而副鏡又不可能懸空在那里，所以必然需要一個穩(wěn)定的結構來支撐。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)上隨手可見的家用反射式天文望遠鏡，可以看到鏡頭前面的十字架結構，就是它們給星星插上了各種星芒。如果是三條支架的話，星星就變成了六芒星。
 
相機光圈為成像制造了衍射
 
但是相機呢？相機并沒有類似望遠鏡一樣的鏡片支撐結構啊，拍太陽、拍星星為什么還是耀眼的光芒、星芒呢？
 

▲連太陽也來湊熱鬧，不過人家叫光芒……
 
雖然相機不需要鏡片支撐，但是相機有光圈，幫助相機調整進光量，從而獲得高亮度的照片或者大景深。目前市面上的光圈結構都大同小異，但是有一點共性是不會變的：越小的光圈越是多邊形，越大的光圈越是趨近于圓形。
 

▲一個典型的光圈結構。
 
而這樣的結構就如同反射式望遠鏡的支撐結構一樣。各種光圈結構不一樣，拍出來的星芒也是奇奇怪怪什么樣都有。一般來說，偶數(shù)片光圈頁片的鏡頭拍出來的星芒和光圈頁片數(shù)相同，而奇數(shù)頁片的鏡頭拍出來的星芒數(shù)則是光圈頁片的兩倍。
 

▲不同結構的光圈，對于星芒形狀的影響不同。而光圈較大或者就是個圓形的時候，星芒就變成了光暈。
 
人眼固有的缺陷限制了我們的觀測
 
既然圖片上的星芒都是由于成像系統(tǒng)固有的光學缺陷造成的，但是肉眼看到的星星也有星芒??？比如文章開頭說過的《測天圖》，1598年就開始成稿了，距離世界上架天文望遠鏡誕生還差11年！為啥上面的星星也有星芒呢？
 

▲遠在古埃及的時候，人類觀測到的星星就已經(jīng)有星芒了。
 
答案其實很簡單，因為人類自身的光學結構，嗯，也就是說眼睛，也是有光學缺陷的。雖然說“眼見為實”，但是人眼本身，不過是一個簡單的光學機構罷了，晶狀體是鏡頭，虹膜是光圈，而眼球背面的視網(wǎng)膜是成像機構。和相機的光圈相比，人類的虹膜相當高級，它可以隨時隨地保持圓形，但是晶狀體就沒有那么了。
 

▲人眼的晶體遠沒有你認為的那樣，從小嬰兒到老年人，晶體表面的紋路還在不斷變復雜。
 
人眼有這樣的鏡頭，何愁不會衍射？所以人員觀測到的星星一樣有星芒。西班牙達薩·巴爾德斯光電研究所（Instituto de Optica Daza de Valdés）的研究人員通過實驗證實了這一點。他們用一套復雜的機構，記錄下了一束綠色光源進入瞳孔完全張開的眼睛后，在視網(wǎng)膜上留下的光斑。經(jīng)過矯正之后，這些光斑的形狀，應該就是我們肉眼“看到”的星星的形狀。
 

▲西班牙達薩·巴爾德斯光電研究所用于記錄視網(wǎng)膜光斑的復雜視覺系統(tǒng)，右為他們在實驗中捕捉到的模擬星星畫面。
 
通過一系列的研究發(fā)現(xiàn)，每個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，但是衍射導致的星芒圖樣千差萬別，就沒有一個重樣的。
 
這真是個好消息，只要嘴硬，怎樣畫星星都不能算錯了！