星星明明是球形的，為什麼人類喜歡畫成放射狀？
本文由公眾號 「把科學帶回家」 提供
給孩子最好的科學教育
作者 七君
在小朋友的畫中，星星常常是五角形六角形的。成人世界的許多商標和圖案設計里，星星也是帶角的，長得就像海星，大多數人也不覺得有什麼不對。
可是，星星（恆星）們明明都是接近球體的形狀啊。遠處的恆星射到地球的光線，已經接近一道平行光了啊。所以在我們的眼睛裡，它們不應該是圓形的，像太陽那樣才對嗎？
為什麼從小朋友到老小孩，大家都接受海星狀的星星的設定呢？
其實，這不是一種神秘的文化誤差，而是因為人類看到的恆星的確就是「長角」的。而讓圓滾滾的恆星變成了海星的原因存在於我們的眼球里。
人類的眼球里有一個叫做晶狀體的組織。晶狀體看起來是完全透明的，但裡面裝的不是水也不是空氣，而是一些幾乎透明的纖維狀細胞。
晶狀體就像是用一股一股毛線狀的纖維細胞縫成的透明半球。這些「毛線」縫合的地方會形成橘子瓣一樣的線條——晶狀體縫線。如果你可以望穿一個人的眼睛，你就可以看到，晶狀體縫線就像一個「星星」一樣鋪展在晶狀體里。
一個37歲的人類的晶狀體縫線。
它們，就是讓你看到散射狀小星星的原因了。
是這樣的，光具有波動性，它在穿過縫隙或經過物體的時候會發生衍射。經過不同形狀的物體，就會看到不一樣的衍射花紋。比如下面這些衍射圖案就是不同的形狀產生的——
不同形狀的物體（上行）會產生不同的衍射圖案（下行）
@wikipedia
如果你是天文愛好者或攝影發燒友，那麼你會發現這些衍射圖案和天文攝影有點像。比如，1990年上線的哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope）拍到的照片里，遠方的星星總是有4個爪爪。
哈勃空間望遠鏡拍攝到的恆星照片。
@wikipedia
其實，這是因為哈勃望遠鏡的副鏡（secondary mirror）是由四個十字支架支撐起來的。當遠方的星光經過這四個十字星後，就會形成四個爪爪的衍射圖案。因此這種圖案也被稱為衍射星芒（Diffraction Spikes）。
牛頓式望遠鏡上用來支撐副鏡的十字支架。哈勃空間望遠鏡是一種牛頓式望遠鏡。
@wikipedia
晶狀體縫線也有類似的功能。光線穿過晶狀體縫線之後，也會發生衍射。這就是每個人看到的星星都是爆炸頭的原因了。
早在1995年，西班牙國家研究委員會光學研究所（Consejo Superior de Investigaciones Cientificas）的研究者就通過實驗證明，人類看到的星星圖案和晶狀體縫線產生的衍射圖案非常相似。
下面這張圖裡，左邊是晶狀體縫線的形態，右邊是晶狀體縫線產生的衍射圖像。
@DOI: 10.1364/JOSAA.14.000353
下面4張圖是不同的人看到的同一束光的圖像。
@DOI: 10.1364/JOSAA.14.000353
所以你可以發現，由於每個人的晶狀體縫線的形狀各不相同，因此在不同的人眼中，同一顆星星的爪爪的形態和數量也是不同的。沒有2個人能看到一模一樣的星星。
你可能會好奇，人類看到的星星像海星一樣，那麼其他動物呢？
雖然我們沒辦法問其他動物們會看到什麼樣的星星，但是我們從它們的晶狀體縫線的形狀上可以推測一二。
比如，鳥類和爬行類動物的晶狀體上的纖維細胞排成了一個燈籠狀，它們的晶狀體縫線實際上是中間的一個小點，就像肚臍眼一樣。
鳥類和爬行類動物的晶狀體縫線示意圖。
@DOI: 10.1387/ijdb.041880jk
所以星星的光通過這樣的一個點狀晶狀體縫線後，可能會形成這樣的圖案——
兔子和兩棲類動物的晶狀體縫線是一條豎線——
兔子和兩棲類動物動物的晶狀體縫線示意圖。
@DOI: 10.1387/ijdb.041880jk
所以它們看到的星星可能是一條線段（而且是和晶狀體縫線垂直的線段）——
嚙齒動物、貓、狗、家豬、綿羊和牛的晶狀體縫線是Y形的，
嚙齒動物、貓、狗、家豬、綿羊和牛和人類的晶狀體縫線示意圖。
@DOI: 10.1387/ijdb.041880jk
所以它們看到的星星應該有6條腿——
Y形（上）的衍射圖案（下）
只有包括我們人類在內的靈長動物的晶狀體縫線是星形的。所以這樣看起來，在這個地球上，只有靈長動物的眼睛才是真正的「星星眼」，自帶放射模糊的濾鏡效果。
1歲（左），9歲（中）和19歲（右）的狒狒的晶狀體縫線。
對了最後說一句，如果你看到的星星（或者街燈）的爪爪越來越長，那意味著你的近視程度加深了。因為近視會放大晶狀體縫線的濾鏡效果，遠視則會減少。在遠視眼看來，星星的爪爪會被截肢；而在近視眼看來恆星的爪爪更長更妖嬈，星味更足。
不過癮，請戳
把科學帶回家
ID：steamforkids
給孩子最好的科學教育
轉載請聯繫 kids@huanqiukexue.com
長按二維碼關注我們
圖片非特別註明均來自網路。
為保護原創，參考資料儲存於石墨：
https://shimo.im/docs/1NWhXALhiN8tPzvb/
※當你往下跳的時候，是你的頭先往下掉，還是腳先往下掉？
※從大腦到腸子，5張圖告訴你肥胖有多可怕
TAG:把科學帶回家 |