光污染影响 1 - 从极好的黑暗天空（左）到市中心的天空（右）。图片来源：NOIRLab/NSF/AURA，P. Marenfeld
光污染影响 2 - 从极好的黑暗天空（左）到市中心的天空（右）。图片来源：NOIRLab/NSF/AURA，P. Marenfeld
卡尔加里（加拿大）部分地区的宇航员照片显示了2010年至2021年照明变化的例子：安装了新的照明，许多路灯已从橙色高压钠转换为白色LED。（注意：照片不是使用相同的设置拍摄的，并且具有不同的空间分辨率。因此，2010年的照片看起来更亮一些。图片来源：图片由美国宇航局约翰逊航天中心地球科学与遥感部门提供，GFZ波茨坦地理配准
据美国物理学家组织网（亥姆霍兹德国研究中心协会）：世界各地的人们在夜空中看到的星星越来越少。恒星能见度的变化可以用天空亮度每年增加7-10%来解释。变化速度比卫星对地球上人造光发射的测量最初所暗示的要快。
这是发表在《科学》杂志上的一项研究的结果，该研究由GFZ德国地球科学研究中心和波鸿鲁尔大学的Christopher Kyba领导的研究小组与GFZ和美国国家科学基金会NOIRLab的同事进行。
作为“夜间地球”公民科学项目的一部分，他们分析了 2011 年至 2022 年世界各地公民科学家的 50，000 多次裸眼观察。结果表明，公民科学数据是对以往测量方法的重要补充。
光污染背景
在地球陆地表面的大部分地区，日落后很长一段时间，天空继续发出人造的曙暮光。这种“天辉”是一种对环境有严重影响的光污染形式，因此应该成为研究的重点，正如该研究的合着者、NSF NOIRLab自成立以来全球夜间项目负责人康斯坦斯·沃克（Constance Walker）所强调的那样。
毕竟，生物的许多行为和生理过程是由日常和季节性周期决定的，因此受到光的影响。“Skyglow影响着昼夜活动和夜行动物，也破坏了我们文化遗产的重要组成部分，”沃克说。夜空的外观正在发生变化，对观星和天文学产生了负面影响。
需要合适的测量方法
天辉随时间的变化以前从未在全球范围内测量过。虽然原则上可以通过卫星测量，但监测整个地球的唯一电流传感器没有足够的精度或灵敏度。
因此，一个有前途的方法是利用人们使用人眼作为传感器的观察能力，并在公民科学实验的框架内依靠人群的力量。由美国国家科学基金会NOIRLab发起的“夜间地球”项目自2006年以来一直在运行。世界各地的人们都可以参与这个项目。
公民科学
参与者查看他们的夜空，然后使用在线表格报告一组八张星图中哪一张最符合他们所看到的。每个图表都显示了不同程度的光污染下的天空。
“个人的贡献就像一个全球传感器网络一样协同工作，使新科学成为可能，”波茨坦GFZ德国地球科学研究中心和波鸿鲁尔大学的Christopher Kyba说。他与他的GFZ同事Yigit ner Altntas和NOIRLab的Constance E. Walker和Mark Newhouse一起，分析了2011年至2022年期间全球51，351名参与者在无云和无月之夜的数据。它们来自全球19，262个地点，包括欧洲的3，699个地点和北美的9，488个地点。
为了根据这些数据计算天空亮度的变化率，并考虑到观测者多年来也处于不同的位置，他们利用了基于2014年卫星数据的全球天空亮度模型。
令人惊讶的发现
“在城市环境中，人们看不到恒星的速度是戏剧性的，”该研究的第一作者Christopher Kyba总结道。研究人员发现，可见恒星数量的变化可以用夜空亮度的增加来解释。在欧洲，他们发现亮度每年增加6.5%与数据相符;在北美，这一比例为10.4%。
为了将这些数字放在一个更容易理解的背景下，Kyba解释了在一个每年增加9.6%的地方看到星星的后果，这是全球所有地方的平均水平。“如果以这种速度继续发展，一个出生在一个可以看到250颗星星的地方的孩子在他18岁生日时只能在那里看到100颗星星。
基于卫星数据中看到的向上排放增长较慢，研究人员对天辉的这种发展速度感到惊讶。事实上，对于观测者的位置，卫星测量的人工亮度略有下降（欧洲每年下降0.3%，北美每年下降0.8%）。
地球和太空测量结果差异的原因
克里斯托弗·基巴（Christopher Kyba）认为，人类观测和卫星测量之间的差异可能是由于照明实践的变化。“卫星对向上指向天空的光最敏感。但它是水平发射的光，占天空辉光的大部分，“Kyba解释说。“因此，如果广告和立面照明变得更加频繁，更大或更亮，它们可能会对天空辉光产生重大影响，而不会对卫星图像产生太大影响。
作者引用的另一个因素是从橙色钠蒸气灯到白色LED的广泛转变，白色LED发出更多的蓝光。“我们的眼睛在夜间对蓝光更敏感，蓝光更容易散射在大气中，因此对天空辉光的贡献更大，”Kyba说。“但唯一可以在夜间对整个地球进行成像的卫星在蓝光的波长范围内并不敏感。
研究的局限性和进一步的潜力
然而，公民科学方法也有其局限性。例如，来自世界不同地区的参与者人数决定了空间和时间趋势的重要性。到目前为止，来自北美和欧洲的人参与实验的人数最多，亚洲贡献的一半来自一个国家：日本。
“大多数数据来自目前最普遍的地球地区。这很有用，但这意味着我们不能对观测很少的地区进行太多的天辉变化，“Kyba强调说。特别是在发展中国家，人们怀疑人工天辉的快速变化，但到目前为止观测到的很少。
两个结论：照明政策和公民科学
研究人员从他们的发现中得出了两个主要结论：一方面，他们表明，尽管人们对光污染的认识不断提高，但目前的照明政策，例如LED的使用，尚未带来任何改善，至少在大陆层面上是这样。
“另一方面，我们能够证明公民科学数据是对以前测量方法的重要补充，”Kyba说。
康斯坦斯·沃克补充说：“如果我们有更广泛的参与，我们可以确定其他大陆的趋势，甚至可能是个别州和城市的趋势。该项目正在进行中，所以今晚请随时查看，并告诉我们您看到了什么。
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