生活
如何点亮城市,仍能看到夜空?

夜空是人类自然遗产的一部分。仰望天空是一种团结的行为,几乎每一个曾经存在过的人都会这样做。难道你没有抬头仰望夜空,感到它点燃了你的好奇心吗?

但是在现代城市里,你看不到太多的夜空。现在大多数人都住在城市里。我们怎样才能恢复我们的传统?安静的沉思能东山再起吗?

这是有可能的,一个来自西班牙、葡萄牙和意大利的研究小组已经解决了这个问题。在他们题为“我们能否照亮我们的城市并(仍然)看到星星?”的新论文中,该团队概述了我们如何不仅能让城市在夜晚灯火通明,还能让夜空开放,让人沉思。该论文可以在预印网站arxiv.org上找到。

黑暗天空运动是一项全球性的努力,旨在减少光污染,改变我们照亮城市的方式。它的支持者认为,我们的城市照明过度,这不仅对人类和我们的昼夜节律有害,而且对夜行动物也有害。他们还说,我们浪费了太多的能源来照明我们的城市,而且大部分的光被随意地射向天空,没有任何好的理由。这就产生了一种叫做“天光”的现象,这种现象不仅妨碍人们安静地思考,也妨碍科学天文观测。

作者声称,他们的论文展示了我们如何通过控制光发射水平和直接眩光来创造相当黑暗的天空,即使是在大城市的中心。他们写道:“这些结果可能支持在我们的市政当局采用科学的、民主的公共决策,以恢复我们星球上所有地方考虑夜空的可能性。”

A glittering night-time map of Europe. Most of the lights in this image are streetlights, which make up the majority of light pollution. The atmosphere scatters the light, creating sky-glow. NASA Earth Observatory images by Joshua Stevens, using Suomi NPP VIIRS data from Miguel Román, NASA's Goddard Space Flight Center
闪闪发光的欧洲夜景地图。图中大部分的灯是街灯,它们构成了光污染的主要部分。大气散射了光线,形成了天空的辉光。美国国家航空航天局地球观测站的图片由约书亚·史蒂文斯拍摄,使用了来自美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心米格尔Román的Suomi NPP VIIRS数据

黑暗天空运动在很大程度上一直在进行一场防御战。他们一直在努力保护已经存在的黑暗天空区域,特别是在我们的城市地区。他们已经努力限制城市公园和受光污染地区的热门恒星观测点等地方的光污染。这些努力起到了作用。

但这还不够。不是为了未来,也不是为了本文的作者。他们写道:“尽管如此,如今纯粹的防御性、反应性立场似乎不足以确保这个星球未来的黑夜。”“持续增加的亮度和被照亮的表面逐渐侵占了黑暗区域,减少了它们的大小和自然价值。”

作者们担心未来将没有足够的黑暗天空来保护。他们写道:“需要保护的黑暗区域变得越来越小和支离破碎,在很多情况下打破了夜间生态走廊的连续性。”

对一些人来说,这场战斗已经失败了。一些人认为,目前城市地区的光发射水平是不可避免的。路灯创造了大部分的光,一些人认为,道路必须像现在这样明亮,无论是为了安全,防止犯罪,甚至是为了鼓励我们的强迫性消费。但两位作者表示,这些都是“古老的真理”,没有理由继续按照我们现在的方式做事。“……现代研究失败了一次,再一次找到令人信服的理由支持道路照明的实际建议,传说中的交通安全的名义,培养的强迫性消费,或增加光子密度的更少被证明效果时避免一些行为……”

这一点我们都能理解。但这是一篇科学论文,作者们进行了更深入的研究。

根据研究人员的说法,有两个问题很自然地出现了:与黑暗的城市天空相适应的最大光排放水平是多少?妥协和平衡是什么?

能否在夜空中看到星星取决于几个因素。背景和恒星发出的光的类型和数量,人类之间的视力差异,甚至是单个观察者的技能和经验。研究人员说,所有这些都可以包含在一个叫做亮度对比阈值的数字中。它基本上是说,当背景亮度增加时,被观察对象的亮度也必须增加,这取决于几个因素。

夜空永远不会完全黑暗。大自然本身有时可以提供充足的背景光,即使是在没有月亮的夜晚,这些光可以帮助降低对比度,使星星更难看到。但来自银河系中未解决的恒星和其他来源的自然背景光是我们想要看到的一部分。问题就出在人造光上。

作者提出了一个简化的情况,抓住了问题的物理性质,然后开始分析它。

This night-time image of Mexico City shows the power of sky glow. Imagine trying see stars in this setting. By Fernando Tomás from Zaragoza, Spain - Flickr, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=348732
这张墨西哥城的夜间照片展示了天空辉光的力量。想象一下在这种背景下看星星。由费尔南多Tomás来自萨拉戈萨,西班牙- Flickr, CC By 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=348732

想象你自己在一个半径约200米(656英尺)的小型城市公园里,这个小公园位于一个大型城市区域的中心,光线在空间上是均匀的,也就是没有特别明显的定向光源。公园本身没有恼人的光源,但路径是亮的。由于树冠的缘故,路径上的灯光不会直射到天空或观察者的眼睛里。明白了吗?作者更详细地介绍了计算这些变量的公认公式,感兴趣的读者可以深入研究。但对于我们其他人来说,想象一下这个公园。想象一下,一个城市的大部分都是这样的。

在作者的计算中有大量的变量,尽管他们认为这些变量在这项工作中被简化了。大气随着季节和地点的变化变化很大。不同高度的建筑物和障碍物会影响夜空。富裕的城市产生更多的光,等等。但研究人员得出了一些结论。

他们说,我们可以通过对我们点什么和点多少做出更明智的决定,来改善我们城市夜间天空的黑暗。这可能听起来很明显,但现在有数据来支持和解释它。

他们在论文的结论中写道:“通过合理选择照明区域和城市光排放的平均空间密度,我们的城市天空的黑暗可以得到改善。”“本文中导出的简化方程可以用于定量研究排放和星空之间的权衡。研究结果强烈表明,即使是在大城市,完全失去星空也不是不可避免的命运。”

显然,我们需要在夜晚点亮我们的城市。但多少钱?我们似乎需要越来越多的光,消耗越来越多的能源。这样做的好处是什么?这是经过深思熟虑的吗?还是反射性?

他们写道:“我们的城市夜晚应该是什么样的,这是一个社会和政治决定。”“从定义上讲,人工光源的使用创造了一种不同于自然光的新现实,人工夜景的主要特征应该在选择技术解决方案之前共同确定,这应该允许我们实现这些目标。”

作者说,是时候控制我们如何点亮我们的城市了。根据研究人员的说法,没有好的理由让我们继续这样做。考虑不周,我们正在失去我们的传统。他们强调,夜空的保护是一个重要问题。世界上千千万万的儿童没有机会仰望大自然的全部力量,对自己和人性感到惊奇。

如果我们不明白我们是自然世界的一部分,如果我们甚至不能看到天堂,会发生什么?我们是否在灯火通明的城市里制造灾难?

更多:

研究论文:我们能照亮我们的城市并(仍然)看到星星吗?今天的宇宙:美国国家航空航天局发布了令人着迷的地球在夜间宇宙今天:如果纽约市没有光污染会怎么样?

点击分享到

热门推荐