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地球的大气动荡不定，各层大气的温度、密度又各不相同，星光经过大气多次折射，时聚时散。眼睛通过动荡的大气看星星的时候，总觉得星星在闪烁，就像眨眼睛一样。
要解决这个问题首先要了解光的折射——光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变。地球的大气层由于分布不均匀，犹如层层透镜，射入其中的光线便会发生多次折射层层弯折。
遥远的星光要到达我们的视野同样需要穿过大气层的多次折射和弯折。而且由于大气层（尤其是其中的对流层）非常不稳定、一直在无规则的湍动，经过弯折的星光会随之改变方向：星光有时偏离我们，星星便好像消失了一样；有时则刚好射进我们的眼睛，星星便也重新出现，因此星星变得忽明忽暗、“一闪一闪”的。这个原理如同艳阳下看到游泳池底晃动的明亮条纹。水面犹如大大小小的透镜，某些地方阳光比较集中，看起来比较明亮，有些地方则比较暗。大气也像游泳池的水一样，一直在晃动，造成影像上下左右晃动甚至是颜色、明暗变化。
由此可见星星闪烁的现象是由于大气层的扰动，星星闪烁越频繁，就意味着高空气流越不稳定，天气也会发生变化，一般遇到这种情况，来日非风即雨，故而有 “星星眨眼，来日变天”之说。
