星はなぜ瞬いて見える？

童謡「きらきら星」に歌われるように、夜空の星はちらちらと瞬いて見えます。まるで星そのものが明るくなったり暗くなったりしているかのようですが、実はそうではありません。大気の外から眺めると、星はほとんど瞬かず、静かに光り続けています。

瞬きを生み出しているのは、星ではありません。私たちの頭上を覆う、地球の大気です。

犯人は、揺れる空気

大気は、いつも静かにとどまっているわけではありません。上空では風が吹き、暖かい空気と冷たい空気が入り混じって、細かな渦が絶えず生まれては消えています。そして温度の違う空気は、光を曲げる度合い（屈折率）もわずかに異なります。

夏の日、熱くなった道路の上で景色がゆらゆらと揺れて見える、陽炎を思い出してください。星の光にも、それと同じことが起きています。何百年、何千年もかけて宇宙を旅してきた光は、最後に大気の層を通り抜けるわずかな時間に、揺れる空気によって進む向きを小刻みに変えられます。その結果、目に届く光の量や位置が一瞬ごとに変わり、星が瞬いて見えるのです。天文学では、この現象を「シンチレーション」と呼びます。

惑星は、なぜ瞬かない？

夜空をよく観察すると、明るいのにほとんど瞬かない光があることに気づきます。金星や木星、火星などの惑星です。瞬かずにじっと光っているのは惑星、というのは、昔から夜空で惑星を見分けるときの目安のひとつでした。

違いを生むのは、見かけの大きさです。恒星はとても遠くにあるため、どんなに大きな望遠鏡で見ても、ほとんど大きさのない「点」にしか見えません。点から届く光は細い一本の光線のようなもので、大気の揺らぎの影響をまともに受けてしまいます。

一方、惑星はずっと近くにあるため、肉眼では点に見えても、実際にはごく小さな円盤として見えています。円盤のあちこちから届く光は、それぞれ別々に揺らされますが、明るくなる部分と暗くなる部分が打ち消し合い、全体としては光が安定するのです。

地平線近くの星は、色まで変わる

瞬きの強さは、星の高さによっても変わります。頭の真上にある星の光は、大気を最短距離で通り抜けてきます。ところが地平線近くの星の光は、大気の中を斜めに、長い距離進んでこなければなりません。そのぶん揺らぎの影響を強く受け、激しく瞬きます。

冬の夜、低い空に輝くおおいぬ座のシリウスが、赤や緑、青と色を変えながらきらめいて見えることがあります。大気はプリズムのように、色によって光をわずかに違う角度で曲げます。低い空では、色ごとに通り道がずれて別々に揺らされるため、ちらちらと色が入れ替わって見えるのです。

天文学者にとっては、困りもの

星の瞬きは美しいものですが、天文学者にとっては悩みの種です。大気の揺らぎは、望遠鏡でとらえた天体の像をぼやけさせ、細かな構造を見えにくくしてしまいます。大きな天文台が、空気の安定した高い山の上に建てられるのは、このためでもあります。

そこで考え出されたのが、大気の揺らぎをリアルタイムで打ち消す「補償光学」という技術です。望遠鏡に届いた光のゆがみを測りながら、形を自在に変えられる鏡で、1秒間に数百回以上という速さで補正します。ゆがみを測る目印になる明るい星が近くにないときは、上空にレーザーを照射して高度90キロメートルほどにあるナトリウム原子の層を光らせ、人工の星「レーザーガイド星」をつくり出します。

もちろん、大気の外に出てしまえば、瞬きの悩みとは無縁です。1990年に打ち上げられたハッブル宇宙望遠鏡が鮮明な画像を送り続けてこられたのは、大気の上から宇宙を見ているからでもあります。宇宙から見る星は、瞬くことなく、ただ静かに光っているのです。