光污染：亮了城市，暗了星空

■我们的记者袁一学

当人们把光的强度作为衡量城市发展程度的标准时，大城市的星光也在“消退”。

曾几何时，夜晚明亮的星空给人们带来无限遐想，对星空的探索也催生了天文学这一基础学科。早在4300年前，古代中国人就能通过肉眼观察星空来“观察天教时间”并确定24个节气，从而指导农业生产。然而，随着城市化进程的加快，越来越多的城市居民发现星星似乎“消失”了。

6月10日，美国杂志《科学进步》发表的一项研究发现，由于光污染问题，地球上三分之一的人口无法在夜空中看到明亮的银河系。这项研究是根据高精度卫星成像数据和来自世界各地20，000多个地面站的观测得出这一结论的。

来自意大利、德国、美国和以色列的研究人员制作了迄今为止最准确的全球光污染影响评估图集。结果显示，地球上80%的人生活在被人造光污染的天空中。近80%的北美人口和60%的欧洲人口看不到银河系。

该地图集显示，新加坡是世界上光污染最严重的国家，其次是科威特、卡塔尔、阿联酋、沙特阿拉伯、韩国、以色列等。在西欧，只有少数地区没有受到光污染的影响，包括苏格兰、瑞典、挪威、西班牙和奥地利的部分地区。受光污染影响最小的国家是乍得、中非*和马达加斯加。

研究表明，夜光污染不仅使人们难以看清银河系，还会造成其他问题，如浪费能源和金钱，破坏生物多样性等。研究人员建议应尽可能减少夜间不必要的光线，尤其是会干扰昼夜节律的蓝光，同时应防止水平以上的辐射。

天文光学观测的黑仔

近年来，关于光污染对天文光学观测影响的新闻层出不穷。早在2010年，媒体就披露，国内“大天空区域多目标光纤光谱望远镜(LAMOST)”面临着观测受到影响的威胁，这是由于城市建设规模的扩大导致夜天光的亮度增加。据媒体报道，当时国家天文台研究员邓·还专门给国家天文台和中国科学院的有关领导写了一封信，指出如果在拉莫特以南不足1000米的地方建一个项目，“对天空测量科学来说，这就像是一个生死攸关的问题...对LAMOST的科学研究是灾难性的”。

同样，2013年，面对越来越严重的雾霾和越来越亮的城市灯光，被称为“中国现代天文学摇篮”的著名紫金山天文台也结束了天文观测的历史，把自己变成了一座科学博物馆。

光污染问题不是近几年才开始爆发的。早在20世纪30年代，国际天文学界就提出了光污染的概念。当时，人们对光污染的理解是，城市户外照明让天空发亮，这对天文光学观测产生了负面影响。

后来，中国国家科技术语审定委员会批准并公布了光污染的定义，包括两种:一种是过量的光辐射对人类生活和生产环境产生不利影响的现象；第二个是影响光学望远镜能够探测到的最暗天体极限的因素之一。通常指天文台上空的大气辉光，黄道光和银河系的背景光，以及明亮星空背景的效果，如夜天光。

如果你想知道一个城市的光污染有多严重，你必须首先澄清与光相关的概念。例如，照度是反映照明强度的单位。它的物理含义是照射在单位面积上的光通量。照度的单位是流明(Lm)每平方米，也称为Lux。根据不同条件下的光照条件，科学家们也给出了相应的照明。

然而，在城市的夜晚，光线经常会增加照度。上海天文台研究员唐告诉《中国科学日报》记者，根据1985年国际天文联合会(IAU)的建议，世界一流的高质量天文台的人造光背景的增加应小于10%，即人造光背景的增加不应超过0.1等。，并且*灯的背景亮度的增加不应超过0.2等。，即光污染的比例只应低于20.2%。1998年，上海天文台佘山天文台附近的光污染测试表明，光污染的比例高达591%，这表明人造光的影响远远高于天空本身的亮度。

寻找“迷失”的星星

为了衡量一个地区是否存在光污染以及光污染的严重程度，美国科学家约翰·门户建立了一个“黑暗天空分类”，将光污染危害分为从弱到强的九个等级。例如，第一层是完全黑暗的天空，可以在黄道光、黄道带和相反的阳光中看到。天蝎座和人马座的银河区域可以在地面上投射出光影。裸眼的极限星等可以达到7.6到8.0等。天空中的木星或金星甚至会影响肉眼对黑暗的适应。在九年级时，在城市中心的天空中，整个天空都被照亮了，甚至在天顶方向。许多熟悉的星座再也看不见了。癌症、双子座和其他微弱的星座根本看不见...

当然，这只是可见光对天文观测的影响。事实上，其他电磁波也有干扰。“现代天文观测是一种全波段观测，即它包括从无线电波、紫外线、可见光到红外线、x光、伽玛射线等波段的观测手段。因此，城市中的移动电话基站等无线电发射机也会影响天文观测。”唐对说道。

然而，“天文观测的特点是寻找辐射暗且弱的物体，恒星越暗，它们通常离得越远。”中国国家天文台研究员赵永恒向《中国科学》记者解释道:“然而，日益严重的城市光污染和无线电噪声使得大口径高灵敏度望远镜无法在这样的背景下看到暗弱辐射的恒星。”因此，为了进行更好的观测，许多观测站不得不在偏远地区的群山中建立观测站。“中国正在*阿里地区建造一座新的天文台，那里空气稀薄，条件艰苦。”唐无奈的说道。

现在，IAU甚至已经为下面的天文台建立了一个保护委员会。"世界遗产组织也希望将这个夜晚作为遗产来保护."赵永恒说道。

呼唤科学耗尽

因此，天文光学观测和城市景观照明会不会永远无法达成一致并“背道而驰”？答案不一定是，“我们不想阻碍城市亮化的进程，只是希望科学地使用它。”赵永恒和唐给出了同样的答案。

"减少城市中聚光灯的数量，因为这种灯对天文光学观测的影响最大。"赵永恒指出。这种高瓦数的光射向天空，几乎变成了夜晚的太阳。

赵永恒认为，没有必要关掉城市的灯，只需要增加一个灯罩，这样灯就可以向下照射，而不是直接射向天空，这将大大减少对天文观测的影响。

"这实际上是一种节能减排的方式."唐说，例如，如果城市道路照明的灯没有灯罩，每个路灯可能需要20W灯泡，因为灯不汇聚。如果在灯泡上方增加一个反射良好的灯罩，并考虑灯罩的反射光，则只有10W灯泡才能达到相同的照度。

除了路灯，一些霓虹灯和其他景观照明，如果及时关闭，也可以使天文观测和节能减排“双赢”。在国际上，许多天文学家也向他们的社会推荐使用低压钠灯，因为它的单波长特性使得它发出的光非常容易过滤，而且价格不高。1980年，美国加州圣何塞将所有的路灯改为低压钠灯，这极大地方便了附近的利克天文台的观星活动。现在亚利桑那州和夏威夷正在实施类似的项目。

甚至一些国家已经开始修改照明计划，比如英国，它已经提出了详细的郊区照明计划来保护环境。2002年至2005年间，加拿大艾伯塔省卡尔加里市也用更高效的路灯取代了大多数住宅区的路灯。

《中国科学日报》(2016年6月24日第三版《大众科学》)