為何星光會閃爍？天文學家解構大氣層的「眨眼」秘密

天文學家指出，當遙遠的星光穿越厚厚的大氣層進入人眼時，光線會受到空氣擾動的影響而被「打亂」，產生忽明忽暗的視覺效果，這種天文現象稱為「閃爍」（scintillation）。

亮度與位置決定閃爍強弱

根據科學期刊《天文學》（Astronomy）本月7日的報導，閃爍現象在明亮的恆星上通常更為明顯。相比之下，較暗淡的星星即使透過雙筒望遠鏡或天文望遠鏡觀察，人眼也較難察覺其光線變化，因此看起來相對穩定。

當遙遠的星光穿越厚厚的大氣層進入人眼時，光線會受到空氣擾動的影響而被「打亂」。資料圖片

除了亮度差異，觀測位置亦是關鍵因素。靠近地平線的星星往往閃爍得更加厲害，這是因為它們發出的光線必須穿過更厚的大氣層，一路上不斷被氣流和空氣密度的變化「推擠」。相反，當星星慢慢升高、接近頭頂的天頂位置時，光線穿過的大氣層變薄，閃爍現象便會明顯減弱。

地面熱源與天氣的影響

此外，地面的熱氣流也可能造成局部性的閃爍差異。例如在柏油路、停車場或混凝土建築附近，白天累積的熱能到了夜晚會持續散發，使上方空氣產生擾動。若朝這些方向觀星，星星可能看起來比其他方向更加閃爍不定。

當遙遠的星光穿越厚厚的大氣層進入人眼時，光線會受到空氣擾動的影響而被「打亂」。資料圖片

研究人員強調，大氣層的狀態對星光閃爍影響極大，因此不同夜晚的觀測效果可能差異明顯。風速、濕度、氣溫與氣流變化，都會影響大氣的穩定度，進而改變星星閃爍的程度。這正是為何某些夜晚星光特別「乖巧」，另一晚卻感覺整片天空都在「眨眼」的原因。

天文台選址背後有學問

這也是為何世界各地的天文觀測站，通常偏好設立在海拔高、氣候乾燥且空氣穩定的地區。由於當地大氣擾動較少，能有效減少星光被「扭曲」的情況，從而讓觀測畫面更加清晰穩定。

天文觀測站通常偏好設立在海拔高、氣候乾燥且空氣穩定的地區。資料圖片

美國威斯康星大學研究人員近日在《自然·神經科學》期刊發表論文，揭示大腦無需全身進入睡眠狀態，也能在局部區域實現類似睡眠的生物性修復，顛覆人類對「休息」的傳統認知。

睡眠一直被視為「還債」 

長久以來，學界普遍認為睡眠本質上是「還債」——我們清醒的每一小時都會在大腦內堆積代謝廢物，只有夜間睡眠才能償還這些「債務」。其中較主流的理論是「突觸穩態假說」：清醒狀態下，神經元之間的連接會持續強化，每一次學習、處理信息或作出反應，都會在神經網絡中留下微小分子印記。到了晚上，神經網絡飽和、信號過度激活，效率開始下降。非快速眼動睡眠正是大腦的「清理」時段——突觸被選擇性削弱，釋放局部睡眠壓力，讓神經回路重置，為次日學習工作做好準備。

一旦缺少這一重置過程，認知能力會大幅衰退，這也是睡眠不足損傷記憶、削弱學習能力的根本原因。此前，人們一直認為這種重置必須讓整個大腦進入深度睡眠的慢波同步振盪狀態。

局部誘導慢波即可緩解睡眠壓力

威斯康星大學的研究團隊利用小鼠實驗推翻上述固有認知。研究人員事先對小鼠神經元進行基因改造，使其表達一種名為視蛋白的光敏蛋白，隨後將微型光纖植入小鼠大腦皮層。他們採用光遺傳學技術，通過光脈衝調控特定神經元的活動。

在睡眠剝奪小鼠的感覺運動皮層中，研究人員人為誘導出0.5至1赫茲的神經元放電模式——該低頻節律與自然睡眠中非快速眼動慢波的頻率完全相同，而小鼠大腦其餘區域保持活躍，全程處於清醒狀態。結果顯示，干預區域內的局部睡眠壓力分子標記物顯著下降。

局部休息而非全腦休眠

研究證明，僅在局部神經回路建立非快速眼動睡眠節律，就足以緩解該區域的睡眠壓力並恢復神經功能。這並非啟示人類從此可以不用睡覺，而是更新了對睡眠的認知：神經休息並非一個不可分割的系統性狀態，而是一個可以分區域進行的生理過程。睡眠的修復效果不在於關閉整個大腦，而是在正確的位置複刻正確的神經振盪節律。

僅在局部神經回路建立非快速眼動睡眠節律，就足以緩解該區域的睡眠壓力並恢復神經功能。資料圖片

行為學測試進一步印證了該結論。接受干預的小鼠僅在依賴受刺激神經回路的觸覺任務中恢復表現，其餘由未干預腦區負責的認知任務能力並未改善。換言之，視覺皮層可以處於「休息狀態」，而運動皮層同步保持高強度運轉。

探究不同皮層區域是否獨立累積睡眠壓力

科研團隊接下來將重點探究：在日常不同認知需求下，不同皮層區域是否會獨立累積各自的睡眠壓力。若該猜想成立，那麼睡眠的生物學機制將比以往任何模型所揭示的都更加模塊化，也更值得深入挖掘。