Priveľa svetla na tmu

Nájsť miesto v Európe, odkiaľ vidíme číru nočnú oblohu v plne prirodzenej kráse, je v súčasnosti takmer nemožné. Prečo je to tak?

Väčšina ľudí nikdy v živote nezažije pohľad na prírodné svetelné poklady ako zodiakálne svetlo, most a protisvit. Bežný človek si nevie ani predstaviť, že Mliečna cesta dokáže vrhať tieň na Zem.

Dôvodom tohto nášho hendikepu je svetelné znečistenie. Navýšený jas oblohy je vážnym environmentálnym problémom, ktorý má vplyv nielen na prírodu, ale aj na zdravie človeka. Najväčšmi zasahuje obyvateľov Európy, Severnej Ameriky, Indie a juhovýchodnej Ázie.

Ilustrácia referenčnej oblasti v súhvezdí Cefeus, získané pomocou programu Stellarium

Medzná hviezdna veľkosť
Na posúdenie kvality oblohy máme dve metódy. Prvá z nich je určenie tzv. medznej hviezdnej veľkosti (MHV). Metóda je do veľkej miery subjektívna a spočíva v tom, že pozorovateľ si pri sledovaní oblohy zapamätá najslabšiu ním viditeľnú hviezdu, na základe čoho z dostupných katalógov zistí jej hviezdnu veľkosť a posúdi jasnosť oblohy. Hviezdna veľkosť (presnejšie zdanlivá hviezdna veľkosť) udáva z povrchu Zeme pozorovaný jas nejakej hviezdy v magnitúdach. Je definovaná tak, že hviezda s magnitúdou 1mag je 2,5-krát jasnejšia než hviezda s magnitúdou 2mag. Nezvyčajnou charakteristikou tejto škály je, že čím je hviezda slabšia, tým je jej hviezdna veľkosť číselne väčšia. Veľmi jasné hviezdy majú dokonca zápornú hviezdnu veľkosť, v prípade Slnka je to -26,8mag. Najslabšie hviezdy, ktoré vidíme voľnými očami, majú asi +6mag. V prípade skutočne tmavej oblohy pozorovateľ vidí voľnými očami hviezdy aj s magnitúdou +7,5mag až +8mag, vo veľkých mestách s vysokou mierou svetelného znečistenia vidí len hviezdy s magnitúdou menšou ako +4mag.

Pred výpadkom (vľavo) a počas (vpravo) výpadku prúdu v roku 2003 v severovýchodnej Amerike – bez elektriny ostalo 55 miliónov ľudí, foto Todd Carlson/darksky.org/light-pollution/.

Precíznejšie metódy
Precíznejšou formou tejto metódy je trojuholníková metóda. Človek nájde na oblohe štandardizovanú oblasť, ktorá je ohraničená zvyčajne tromi hviezdami, a spočíta v nej viditeľné hviezdy. Podľa katalógu, ktorý sa nachádza na stránke International Meteor Organization (imo.net) sa dá posúdiť jas oblohy. Ako príklad uvedieme oblasť v súhvezdí Cefeus: v oblasti ohraničenou hviezdami α Cep, β Cep a δ Cep, kde pozorovateľ spočíta viditeľné hviezdy a podľa tabuľky zistí MHV.
Druhou, presnejšou metódou je priame meranie jasu oblohy (napríklad v jednotkách mag/arcsec2, čo predstavuje magnitúdu na štvorcovú uhlovú sekundu – MSA) pomocou meracieho prístroja. Je to meraná veličina, ktorá je úmerná počtu fotónov prichádzajúcich do meracieho prístroja zo štvorcovej uhlovej sekundy na zvolenom mieste oblohy. Jas oblohy 17,4 MSA znamená, že sa do prístroja dostane z jednej štvorcovej uhlovej sekundy toľko fotónov, koľko by dopadalo z hviezdy (bodového zdroja) s magnitúdou 17,4mag. Takéto meranie jasu nočnej oblohy naberá v ostatných rokoch na popularite, keďže meracie zariadenie Sky Quality Meter (SQM) je lacné, ľahko sa obsluhuje a umožňuje aj dlhodobé autonómne meranie.
Amatérski astronómovia však často využívajú aj tzv. Bortlovu stupnicu. Je to deväťbodová škála, ktorú zaviedol v roku 2001 americký astronóm John Bortle. Najmenší stupeň škály vyjadruje skutočne tmavú oblohu a najvyššia hodnota opisuje najvyššiu mieru svetelného znečistenia. Každý stupeň je podrobne charakterizovaný, obsahuje informácie o MHV a MSA a tiež informáciu, aké objekty na oblohe sa dajú pri takomto svetelnom znečistení pozorovať.

Model atmosféry Zeme: naľavo voda s kvapkou mlieka (voda znečistená malými tukovými časticami) a napravo čistá voda – osvetlené zozadu zľava. Pri prechode bieleho svetla nehomogénnym prostredím (znečistenou vodou) môžeme pozorovať rôzne intenzity rozptylu rôznych farieb. Najskôr sa rozptýli modrá a zelená farba a červená a oranžová najneskôr (červená a oranžová farba sa bez rozptylu dostane do väčších vzdialeností a prejde celým pohárom), foto autorka.

Svetelné znečistenie
Verejné osvetlenie, osvetlenie parkovacích plôch, štadiónov, fasád budov a akékoľvek umelé svetlo pod holým nebom – to všetko sú zdroje svetelného znečistenia. Svetelné znečistenie je z pohľadu astronómov také svetlo vyrábané človekom, ktoré postupuje neúčelným smerom, napríklad späť k povrchu Zeme, a to v dôsledku rozptylu svetla na malých časticiach atmosféry (molekulách vzduchu, kvapôčkach vodnej pary alebo pevných časticiach). Tento neželaný jav je tým intenzívnejší, čím je v atmosfére viac aerosólových častíc. To je jeden z dôvodov, prečo je priemyslom znečistená nočná obloha v mestách o toľko jasnejšia oproti vidieku.
Atmosféra obsahuje najmä molekuly N2, O2, Ar a CO2 (s rozmermi či lepšie povedané kinetickým priemerom asi 0,3 nm). Rozmery týchto častíc sú oveľa menšie ako vlnová dĺžka viditeľného svetla (asi 380 – 780 nm). V tomto prípade intenzita rozptýleného svetla silne závisí od vlnovej dĺžky – čím má svetlo kratšiu vlnovú dĺžku (napr. modrá farba), tým väčšmi sa rozptyľuje (teda skôr, na kratšej trase). Tento jav vysvetlil lord Rayleigh (britský fyzik, vlastným menom John William Strutt, 1842 – 1919) a nazýva sa Rayleigho rozptyl. Ním je spôsobená modrá farba dennej oblohy a červená farba oblohy pri západe Slnka (červená farba sa dostane do väčších vzdialeností). Preto modré zdroje svetla spôsobujú väčšie svetelné znečistenie ako červené zdroje svetla s rovnakým jasom.
(O problematike svetelného znečistenia a jeho dopade na zdravie človeka a životné prostredie, ako aj o parkoch tmavej oblohy sme písali v Quarku 8/2018 – pozn. red.)

O čo prichádzame
Čím tmavšiu oblohu som zažil, tým väčšmi som si uvedomil, v akých zlých podmienkach pozorujeme a aká kritická je situácia so svetelným znečistením, hovorí amatérsky astronóm Michal Augustín. Bez svetelného znečistenia, na skutočne tmavej oblohe, by sme totiž mohli voľným okom pozorovať napríklad tieto útvary a prírodné javy:
Mliečna cesta Jas obrovského množstva hviezd našej Galaxie prerušovaný tmavými oblakmi medzihviezdneho prachu v úžasných detailoch pripomínajúcich štruktúru mramoru.
Galaxia v Andromede Najbližšia galaxia, ktorá sa vo vzdialenej budúcnosti zrazí s galaxiou Mliečna cesta.
Airglow Žiarenie atmosféry vo výškach asi 80 km nad zemským povrchom. Je spôsobené excitáciou fotónov v atómoch kyslíka alebo molekulách dusíka voľnými elektrónmi zachytenými zemskou magnetosférou. Prejavuje sa ako slabé svetlo na obzore.
Zodiakálne svetlo Spôsobuje ho rozptyl slnečného svetla na časticiach medziplanetárnej hmoty. Na nočnej oblohe vyzerá ako svetelný kužeľ, ktorý sa rozprestiera pozdĺž ekliptiky a zužuje sa so vzdialenosťou od obzoru.
Zodiakálny most Je predĺžením zodiakálneho svetla pozdĺž ekliptiky.
Zodiakálny protisvit Na mieste presne oproti Slnku sa zodiakálny most rozšíri na svetlú eliptickú škvrnu, pretože sú častice voči pozorovateľovi priamo nasvietené (podobne ako Mesiac).

Agnes Bazsó
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky, Univerzita Komenského v Bratislave

 

Odkiaľ (ne)vidieť hviezdy

Skupina vedcov v júni 2016 uverejnila v časopise Science Advances prvý Svetový atlas umelého osvetlenia nočnej oblohy. Na základe analýzy atlasu zistili, že 80 % celej populácie a 99 % obyvateľstva Európy a USA žijú pod svetelne znečistenou oblohou. Navyše, Mliečna cesta je skrytá pre 60 % obyvateľov Európy a 80 % obyvateľov Ameriky. Vedci určili aj miesta na Zemi, na ktorých človek už Mliečnu cestu neuvidí. V Afrike sú to oblasti blízko Káhiry, Egypta a delty Nílu, v Európe nadnárodný región Belgicko-Holandsko-Nemecko, Pádska nížina v Taliansku a oblasť medzi Londýnom a Liverpoolom. V USA ide o mestá od Bostonu až po Washington, v Ázii oblasti okolo Pekingu a Hongkongu a ostrov Taiwan.
Kružnice na mape označujú priemerné vzdialenosti, do ktorých treba cestovať za tmou, aby obloha v zenite nebola podstatne znečistená (žltá kružnica), resp. aby obloha bola neznečistená (červená kružnica). Napríklad obyvatelia Paríža musia cestovať 900 km (napr. na Korziku), aby videli nočnú oblohu, ktorá nie je v zenite podstatne znečistená.

-ab-

 

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 3/2019.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

 

Komentáre