Skyglow

Este artículo trata sobre la luminancia del cielo nocturno causada por fuentes de luz artificial. Para el fenómeno natural que surge de los procesos de emisión en la atmósfera, vea airglow . Para la luz solar dispersada por el polvo en el sistema solar, consulte la luz zodiacal . Para una discusión general sobre los impactos ambientales que surgen del uso de luz artificial, consulte contaminación lumínica .

Ciudad de México de noche, mostrando skyglow

Skyglow (o resplandor del cielo ) es la luminancia difusa del cielo nocturno , además de fuentes de luz discretas como la Luna y las estrellas individuales visibles . Es un aspecto comúnmente observado de la contaminación lumínica . Aunque por lo general se refiere a derivados de luminancia artificiales de iluminación , skyglow también puede afectar a cualquier luz dispersada visto en la noche, incluyendo las naturales como las estrellas , la luz zodiacal , y la luminiscencia atmosférica . ^{[1] [2]}

En el contexto de la contaminación lumínica, el resplandor del cielo surge del uso de fuentes de luz artificial, incluida la iluminación eléctrica (o rara vez de gas ) utilizada para iluminación y publicidad y de bengalas de gas . ^{[3] La} luz que se propaga a la atmósfera directamente desde fuentes dirigidas hacia arriba o con un blindaje incompleto, o después de la reflexión del suelo u otras superficies, se dispersa parcialmente hacia el suelo, produciendo un resplandor difuso que es visible desde grandes distancias. El resplandor del cielo de las luces artificiales se observa con mayor frecuencia como una cúpula de luz brillante sobre ciudades y pueblos, pero es omnipresente en todo el mundo desarrollado .

Un mapa que muestra la extensión del resplandor del cielo sobre Europa

Causas

En esta exposición de 10 segundos, mirando al sur hacia Sagitario , están presentes tres formas de contaminación lumínica : resplandor, deslumbramiento y traspaso de luz .

La luz utilizada para todos los propósitos en el entorno exterior contribuye al resplandor del cielo, a veces por aspectos evitables, como un apantallamiento deficiente de los accesorios, y a través de aspectos al menos parcialmente inevitables, como la señalización no apantallada y el reflejo de superficies iluminadas intencionalmente. Luego, parte de esta luz se dispersa en la atmósfera de regreso al suelo por moléculas y aerosoles (ver § Mecanismo ), y (si está presente) nubes, causando resplandor celeste.

Las investigaciones indican que cuando se ve desde cerca, aproximadamente la mitad del resplandor del cielo surge de las emisiones directas ascendentes y la mitad de las reflejadas, aunque la proporción varía según los detalles de los accesorios de iluminación y el uso, y la distancia del punto de observación a la fuente de luz. ^{[4] [5]} En la mayoría de las comunidades, las emisiones directas ascendentes promedian entre el 10% y el 15%. ^[4] La iluminación completamente protegida (sin luz emitida directamente hacia arriba) reduce el brillo del cielo a la mitad cuando se ve de cerca, pero en factores mucho mayores cuando se ve desde la distancia.

Skyglow se amplifica significativamente por la presencia de nieve, y dentro y cerca de áreas urbanas cuando hay nubes . ^[6] En áreas remotas, la nieve ilumina el cielo, pero las nubes oscurecen el cielo.

En áreas remotas, en noches sin luna, las nubes aparecen oscuras contra el cielo. En o cerca de áreas desarrolladas, el brillo del cielo se ve fuertemente reforzado por las nubes.

Mecanismo

Hay dos tipos de dispersión de luz que conducen al resplandor del cielo: la dispersión de moléculas como N ₂ y O ₂ (llamada dispersión de Rayleigh ) y la de aerosoles , descrita por la teoría de Mie . La dispersión de Rayleigh es mucho más fuerte para la luz de longitud de onda corta (azul), mientras que la dispersión de los aerosoles se ve menos afectada por la longitud de onda. La dispersión de Rayleigh hace que el cielo parezca azul durante el día; cuantos más aerosoles hay, menos azul o más blanco aparece el cielo. En muchas áreas, más particularmente en las áreas urbanas, predomina la dispersión de aerosoles, debido a la fuerte carga de aerosoles causada por la actividad industrial moderna, la generación de energía, la agricultura y el transporte.

A pesar de la fuerte dependencia de la longitud de onda de la dispersión de Rayleigh, su efecto sobre el resplandor del cielo para las fuentes de luz reales es pequeño. Aunque las longitudes de onda más cortas sufren una mayor dispersión, esta mayor dispersión también da lugar a una mayor extinción : los efectos se equilibran aproximadamente cuando el punto de observación está cerca de la fuente de luz. ^[7]

Para la percepción visual humana del resplandor del cielo, generalmente el contexto asumido en las discusiones sobre el resplandor del cielo, las fuentes ricas en longitudes de onda más cortas producen un resplandor del cielo más brillante, pero por una razón diferente (ver § Dependencia de la fuente de luz ).

Medida

Los astrónomos profesionales y los investigadores de la contaminación lumínica utilizan varias medidas de intensidad luminosa o radiante por unidad de área, como magnitudes por segundo de arco cuadrado, vatios por metro cuadrado por estereorradián, (nano) Lambert o (micro) candelas por metro cuadrado. ^[8] Los mapas de todo el cielo de brillo celeste se producen con cámaras de imágenes de calidad profesional con detectores CCD y utilizando estrellas como fuentes de calibración. ^{[9] [10]} Los astrónomos aficionados han utilizado la escala de cielo oscuro de Bortle para cuantificar aproximadamente el brillo celeste desde que se publicó en la revista Sky & Telescope en febrero de 2001. ^[11]La escala clasifica la oscuridad del cielo nocturno inhibida por el resplandor del cielo con nueve clases y proporciona una descripción detallada de cada posición en la escala. Los aficionados también utilizan cada vez más los medidores de calidad del cielo (SQM) que miden nominalmente en unidades fotométricas astronómicas de magnitudes visuales ( Johnson V) por segundo de arco cuadrado ^{[nota 1]} .

Un mapa calibrado de todo el cielo que muestra el brillo del resplandor del cielo, incluidas las fuentes artificiales (Phoenix y Flagstaff, Arizona) y naturales ( resplandor del aire , Vía Láctea) son visibles (Servicio de Parques Nacionales de EE. UU.).

Dependencia de la distancia desde la fuente

El brillo del resplandor del cielo que surge de las fuentes de luz artificial cae abruptamente con la distancia de la fuente de luz, debido a los efectos geométricos caracterizados por una ley del cuadrado inverso en combinación con la absorción atmosférica. Una relación aproximada viene dada por

${\displaystyle {\text{intensity}}\ \propto \ {\frac {1}{{\text{distance}}^{2.5}}}\,}$

que se conoce como "Ley de Walker".^[13]

La ley de Walker ha sido verificada por observación ^{[13] [9]} para describir tanto las medidas del brillo del cielo en cualquier punto o dirección dada en el cielo causadas por una fuente de luz (como una ciudad), como también medidas integradas como el brillo de la "cúpula de luz" sobre una ciudad, o el brillo integrado de todo el cielo nocturno. A distancias muy grandes (más de unos 50 km) el brillo disminuye más rápidamente, en gran parte debido a la extinción y los efectos geométricos provocados por la curvatura de la Tierra.

Dependencia de la fuente de luz

Resplandor del cielo y estrellas visibles con iluminación de sodio de alta presión: modelo calibrado de Flagstaff, AZ, EE. UU., Visto desde 10 km. ^[14]

Resplandor del cielo y estrellas visibles con iluminación LED CCT de 4100K: modelo calibrado de Flagstaff, AZ, EE. UU., Visto desde 10 km. ^[14]

Las diferentes fuentes de luz producen diferentes cantidades de brillo visual del cielo. El efecto dominante surge del cambio de Purkinje , y no como se afirma comúnmente de la dispersión de Rayleigh de longitudes de onda cortas (ver § Mecanismo ). ^{[7] [15]} Cuando se observa el cielo nocturno, incluso en áreas contaminadas con luz moderada, el ojo se adapta casi o completamente a la oscuridad o es escotópico . El ojo escotópico es mucho más sensible a la luz azul y verde, y mucho menos sensible a la luz amarilla y roja, que el ojo fotópico o adaptado a la luz . Principalmente debido a este efecto, las fuentes de luz blanca como haluro metálico , fluorescente o blancaEl LED puede producir hasta 3,3 veces el brillo visual del resplandor del cielo de la lámpara de sodio de alta presión más común en la actualidad , y hasta ocho veces el brillo del LED de fosfuro de indio, galio y aluminio ámbar o sodio de baja presión .

Relación de brillo celeste (en comparación con el sodio de baja presión) frente a la distancia para varios tipos de lámparas. ^[7]

Relaciones de brillo de Sky Glow para diferentes tipos de lámparas ^{[nota 2]}

Tipo de lámpara	Descripción	Resplandor del cielo en relación con LPS	Sky Glow en relación con HPS
LPS	Sodio a baja presión	1.0	0.4
NBA-LED	LED ámbar AlGaInP	1.0	0.4
HPS	Sodio de alta presión	2.4	1.0
LED PCA	LED ámbar convertido en fósforo	2.4	1.0
HUIDA [nota 3]	LED 5000K CCT con filtro amarillo	3.6	1,5
LED 2400K CCT	LED blanco cálido	4.3	1.8
LED 3000K CCT	LED blanco cálido	5.4	2.1
LED 4100K CCT	LED blanco neutro	6.4	2,7
LED 5100K CCT	LED blanco frío	7,9	3.3

En detalle, los efectos son complejos, dependiendo tanto de la distancia desde la fuente como de la dirección de visualización en el cielo nocturno. Pero los resultados básicos de la investigación reciente son inequívocos: suponiendo un flujo luminoso igual (es decir, cantidades iguales de luz visible) y características ópticas coincidentes de los accesorios (particularmente la cantidad de luz que se permite irradiar directamente hacia arriba), fuentes blancas ricas en Las longitudes de onda (azul y verde) producen un brillo del cielo dramáticamente mayor que las fuentes con poco azul y verde. ^[14] El efecto de la dispersión de Rayleigh sobre los impactos del resplandor celeste de diferentes espectros de fuentes de luz es muy pequeño.

Gran parte de la discusión en la industria de la iluminación e incluso por algunas organizaciones de defensa del cielo oscuro (por ejemplo, la Asociación Internacional de Cielo Oscuro ) sobre las consecuencias del resplandor del cielo de reemplazar los sistemas de iluminación de carreteras de sodio de alta presión que prevalecen actualmente con LED blancos descuida los problemas críticos del espectro visual humano. sensibilidad, ^[17] o se enfoca exclusivamente en fuentes de luz LED blancas, o se enfoca de manera limitada en la porción azul (<500 nm) del espectro. ^{[18] [19]} Todas estas deficiencias llevan a la conclusión incorrecta de que los aumentos en el brillo del resplandor del cielo que surgen del cambio en el espectro de la fuente de luz son mínimos, o que las regulaciones de contaminación lumínica que limitan el CCT de los LED blancos a los llamados " blanco cálido "(es decir, CCT<4000K o 3500K) evitará que aumente el brillo del cielo. ^[14] La eficiencia mejorada (eficiencia en la distribución de la luz en el área objetivo, como la carretera, con una disminución de los "desechos" que caen fuera del área objetivo ^[20] y patrones de distribución más uniformes ^{[ cita requerida ]} ) puede permitir a los diseñadores reducir la iluminación cantidades. ^{[ cita requerida ]} Pero no se ha demostrado una mejora de la eficiencia suficiente para superar la duplicación o triplicación del resplandor del cielo que surge de un cambio a LED incluso blanco cálido de sodio de alta presión (o un aumento de 4-8x en comparación con el sodio de baja presión).

Efectos negativos

Skyglow no está polarizado en su mayoría, y su adición a la luz de la luna da como resultado una señal de polarización disminuida. Los humanos no pueden percibir este patrón , pero algunos artrópodos sí.

El resplandor del cielo, y más en general la contaminación lumínica , tiene varios efectos negativos: desde la disminución estética de la belleza de un cielo lleno de estrellas, pasando por el desperdicio de energía y recursos en la producción de iluminación excesiva o incontrolada, hasta impactos en las aves ^[21] y otros efectos biológicos. sistemas, ^[22] incluidos los humanos. Skyglow es un problema primordial para los astrónomos , porque reduce el contraste en el cielo nocturno hasta el punto en que puede resultar imposible ver todas las estrellas excepto las más brillantes . ^{[nota 4]}

Se cree que muchos organismos nocturnos navegan utilizando la señal de polarización de la luz de la luna dispersa . ^[24] Debido a que el resplandor del cielo no está polarizado en su mayor parte, puede inundar la señal más débil de la luna, haciendo imposible este tipo de navegación. ^[25]

Debido al resplandor del cielo, las personas que viven en o cerca de áreas urbanas ven miles de estrellas menos que en un cielo no contaminado y, por lo general, no pueden ver la Vía Láctea . ^[26] Visiones más débiles como la luz zodiacal y la galaxia de Andrómeda son casi imposibles de discernir incluso con telescopios.

Efectos sobre el ecosistema

Se ha observado que los efectos del resplandor del cielo en relación con el ecosistema son perjudiciales para una variedad de organismos diferentes. Tanto la vida de las plantas como de los animales (especialmente los nocturnos) se ven afectadas a medida que su entorno natural se ve sometido a cambios antinaturales. Se puede suponer que la tasa de tecnología de desarrollo humano excede la tasa de adaptabilidad natural no humana a su entorno, por lo tanto, organismos como plantas y animales no pueden mantenerse al día y pueden sufrir como consecuencia. ^[27] Aunque el resplandor del cielo puede ser el resultado de una ocurrencia natural, la presencia de resplandor del cielo artificial se ha convertido en un problema perjudicial a medida que la urbanización continúa floreciendo. Los efectos de la urbanización , comercialización yel consumismo es el resultado del desarrollo humano; estos desarrollos, a su vez, tienen consecuencias ecológicas. Por ejemplo, las flotas pesqueras iluminadas, las plataformas petrolíferas en alta mar y los cruceros traen la interrupción de la iluminación nocturna artificial a los océanos del mundo. Problemas similares de alteración del medio ambiente y su biosfera también son muy frecuentes en lo que respecta a los recursos energéticos, como la instalación de turbinas eólicas y la interferencia que tienen no solo con las rutas de vuelo de las aves, sino también con la neurología humana ^{[ cita requerida ]} .

En conjunto, estos efectos se derivan de cambios de orientación, desorientación o desorientación y atracción o repulsión del entorno de luz alterado, que a su vez pueden afectar la búsqueda de alimento, la reproducción, la migración y la comunicación. Estos cambios pueden incluso resultar en la muerte de algunas especies como ciertas aves migratorias , criaturas marinas y depredadores nocturnos. ^[28]

Además del efecto sobre los animales, los cultivos y los árboles también son muy susceptibles a la destrucción. La exposición constante a la luz tiene un impacto en la fotosíntesis de una planta, ya que una planta necesita un equilibrio entre el sol y la oscuridad para sobrevivir. A su vez, los efectos del resplandor del cielo pueden afectar las tasas de producción de la agricultura, especialmente en áreas agrícolas cercanas a los grandes centros urbanos.

Ver también

• Contaminación lumínica
• SKYGLOW
• Urbanización
• Contaminación lumínica polarizada
• Sobreiluminación
• Movimiento de cielo oscuro
• Asociación Internacional de Cielo Oscuro (IDA)
• Campaña por los cielos oscuros (CfDS)

Notas

1. medidores SQM tienen una respuesta espectral notablemente diferente a la del ojo humano, e incluso a la respuesta de Johnson V que usan nominalmente. Como consecuencia, las medidas SQM no son precisas para rastrear impresiones visuales, particularmente cuando las características espectrales cambian de fuentes amarillas como HPS a fuentes blancas como LED. Asimismo, la diferencia entre las medidas SQM y una verdadera medida Johnson V depende del espectro del resplandor del cielo y de la (s) fuente (s) de luminancia artificial. ^[12]
2. Resultados dentro de las ciudades o cerca de la fuente de luz, basados ​​en el trabajo de Luginbuhl et al. ^[7] y Aubé et al. ^[15]
3. Como se usa en la Isla Grande de Hawai`i. ^[dieciséis]
4. Es un malentendido generalizado que los observatorios astronómicos profesionales pueden "filtrar" ciertas longitudes de onda de luz (como la producida por el sodio a baja presión ). Más exactamente, al dejar grandes porciones del espectro relativamente sin contaminar, la emisión de espectro estrechode las lámparas de sodio de baja presión y, en menor medida, de la emisión directa ámbarLED de fosfuro de indio, galio y aluminio, brinda más oportunidades a los astrónomos para "solucionar" el resultado contaminación lumínica. ^[23] Incluso cuando dicha iluminación se usa ampliamente, el resplandor del cielo todavía interfiere con la investigación astronómica, así como con la capacidad de todos para ver un cielo natural lleno de estrellas.

Referencias

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28. Longcore, T .; Rich, C. "Contaminación lumínica ecológica" (PDF) . Fronteras en Ecología . La Sociedad Ecológica de América . Consultado el 3 de marzo de 2012 .

Enlaces externos

• Lista de trabajos de investigación revisados ​​por pares sobre el resplandor del cielo
• Skyglow: el efecto de la mala iluminación ( CfDS ) (ejemplos de skyglow en el Reino Unido )
• Skyglow a través de los Grandes Lagos (ejemplos de skyglow en los EE . UU. )
• Filtrado Skyglow (de cámaras CCD )
• Towns and Skyglow ( colección de imágenes skyglow del Reino Unido )
• Loss of the Night, una aplicación de Android para estimar el brillo del cielo midiendo la magnitud límite a simple vista
• Dark Sky Meter, una aplicación de iPhone para medir la luminancia del resplandor del cielo
• Contaminación lumínica LED: ¿Podemos ahorrar energía y salvar la noche? Artículo de la sala de prensa de SPIE sobre la reducción del brillo celeste