Z zaskakującej analizy przeprowadzonej przez Globe at Night – obywatelski program naukowy prowadzony przez NOIRLab NSF – wynika, że gwiazdy znikają z pola widzenia człowieka w zadziwiającym tempie. Badanie wykazało, że dla ludzkich oczu sztuczne oświetlenie przyćmiło nocne niebo szybciej, niż wskazywały na to pomiary satelitarne. Badanie opublikowane w czasopiśmie Science pokazuje wyjątkowy wkład naukowców-obywateli w podstawowe dziedziny badań.
Od świecącego łuku Drogi Mlecznej po dziesiątki skomplikowanych konstelacji, nieuzbrojone oko ludzkie powinno być w stanie dostrzec kilka tysięcy gwiazd w pogodną, ciemną noc. Niestety, rosnące zanieczyszczenie światłem pozbawiło około 30% ludzi na całym świecie i około 80% ludzi w Stanach Zjednoczonych nocnego widoku ich macierzystej galaktyki. W nowym artykule opublikowanym w czasopiśmie Science stwierdzono, że problem szybko się pogarsza.
Nowe badania oparte na nauce obywatelskiej rzucają niepokojące światło na problem „poświaty nieba” — rozproszonego oświetlenia nocnego nieba, które jest formą zanieczyszczenia świetlnego. Dane do tego badania pochodziły z obserwacji społecznościowych zebranych z całego świata w ramach Globe at Night, programu prowadzonego przez NOIRLab NSF i opracowanego przez astronoma NRAO Connie Walker. Badania ujawniają, że poświata na niebie wzrasta szybciej niż wynika to z satelitarnych pomiarów jasności powierzchni Ziemi w nocy.
„Przy takim tempie zmian dziecko urodzone w miejscu, w którym widocznych jest 250 gwiazd, do 18 roku życia będzie w stanie zobaczyć tylko 100 gwiazd” – powiedział Christopher Kyba, naukowiec z Niemieckiego Centrum Badań Nauk o Ziemi i główny autor artykuł szczegółowo opisujący te wyniki.
Zanieczyszczenie światłem jest znanym problemem, który ma wiele szkodliwych skutków, nie tylko dla praktyki astronomicznej. Ma również wpływ na zdrowie ludzi i dziką przyrodę, ponieważ zakłóca cykliczne przejście od światła słonecznego do światła gwiazd, wraz z którym ewoluowały systemy biologiczne. Co więcej, utrata widocznych gwiazd jest bolesną utratą dziedzictwa kulturowego ludzkości. Do stosunkowo niedawna ludzie w całej historii mieli imponujący widok rozgwieżdżonego nocnego nieba, a efekt tego nocnego spektaklu jest widoczny w starożytnych kulturach, od mitów, które zainspirował, po struktury zbudowane zgodnie z ciałami niebieskimi.
Pomimo tego, że jest to dobrze rozpoznany problem, zmiany jasności nieba w czasie nie są dobrze udokumentowane, szczególnie w skali globalnej.
Globe at Night co roku od 2006 roku gromadzi dane dotyczące widoczności gwiazd.* Każdy może przesyłać obserwacje za pośrednictwem aplikacji internetowej Globe at Night na komputerze stacjonarnym lub smartfonie. Po wprowadzeniu odpowiedniej daty, godziny i lokalizacji uczestnikom pokazywana jest pewna liczba map nieba. Następnie rejestrują, który z nich najlepiej pasuje do tego, co widzą na niebie bez żadnych teleskopów ani innych instrumentów.
Daje to oszacowanie tego, co nazywa się wielkością graniczną gołym okiem, która jest miarą tego, jak jasny musi być obiekt, aby go zobaczyć. Można to wykorzystać do oszacowania jasności poświaty, ponieważ gdy niebo się rozjaśnia, słabsze obiekty znikają z pola widzenia.
Autorzy artykułu przeanalizowali ponad 50 000 obserwacji przesłanych do Globe at Night w latach 2011-2022, zapewniając spójność poprzez pominięcie wpisów, na które miały wpływ takie czynniki, jak zachmurzenie i światło księżyca. Skoncentrowali się na danych z Europy i Ameryki Północnej, ponieważ regiony te charakteryzowały się wystarczającym rozkładem obserwacji na obszarze lądowym, jak również w całej badanej dekadzie. W artykule zauważono, że niebo prawdopodobnie rozjaśnia się szybciej w krajach rozwijających się, gdzie obserwacje satelitarne wskazują, że rozpowszechnienie sztucznego oświetlenia rośnie w szybszym tempie.
Po opracowaniu nowej metody przekształcania tych obserwacji w szacunki zmian poświaty na niebie, autorzy stwierdzili, że utrata widocznych gwiazd zgłoszona przez Globe at Night wskazuje na wzrost jasności nieba o 9,6% rocznie w ciągu ostatniej dekady. To znacznie więcej niż około 2% globalnego wzrostu jasności powierzchniowej mierzonego przez satelity rocznie.
„To pokazuje, że istniejące satelity nie są wystarczające do badania zmian nocnych na Ziemi” – powiedział Kyba. „Opracowaliśmy sposób„ przekładania ”obserwacji widoczności gwiazd w różnych miejscach z roku na rok z Globe at Night na ogólnokontynentalne trendy zmian jasności nieba. To pokazuje, że Globe at Night to nie tylko interesująca działalność popularyzatorska , jest to niezbędny pomiar jednej ze zmiennych środowiskowych Ziemi”.
Istniejące satelity nie są dobrze przystosowane do pomiaru poświaty nieba, ponieważ nie ma obecnie instrumentów monitorujących całą Ziemię, które byłyby w stanie wykryć długości fali krótsze niż 500 nanometrów, co odpowiada kolorowi cyjan lub zielonkawo-niebieskiemu. Krótsze długości fal przyczyniają się jednak nieproporcjonalnie do poświaty na niebie, ponieważ rozpraszają się bardziej efektywnie w atmosferze. Białe diody LED, obecnie coraz powszechniej stosowane w wysokowydajnym oświetleniu zewnętrznym, mają szczytową emisję między 400 a 500 nanometrów.
„Ponieważ ludzkie oczy są bardziej wrażliwe na te krótsze fale w nocy, światła LED mają silny wpływ na nasze postrzeganie jasności nieba” – powiedział Kyba. „Może to być jedna z przyczyn rozbieżności między pomiarami satelitarnymi a warunkami nieba zgłaszanymi przez uczestników Globe at Night”.
Poza różnicami długości fal, instrumenty kosmiczne nie mierzą zbyt dobrze światła emitowanego poziomo, na przykład z podświetlanych znaków lub okien, ale źródła te w znaczący sposób przyczyniają się do poświaty nieba widzianej z ziemi. Dlatego obserwacje tłumu zawsze będą nieocenione w badaniu bezpośredniego wpływu człowieka na jasność nieba.
„Wzrost poświaty na niebie w ciągu ostatniej dekady podkreśla znaczenie podwojenia naszych wysiłków i opracowania nowych strategii ochrony ciemnego nieba” – powiedział Walker. „Zestaw danych Globe at Night jest niezbędny w naszej ciągłej ocenie zmian poświaty na niebie i zachęcamy wszystkich, którzy mogą, do zaangażowania się w ochronę rozgwieżdżonego nocnego nieba”.
* W latach 2006-2010 dane Globe at Night były zbierane w formie papierowej, a nie internetowej, więc były niekompatybilne i nie zostały uwzględnione w tej analizie.