Киевский клуб любителей астрономии "Астрополис"

astromagazin.net
* *
Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
11 Декабря 2017, 02:12:03


Автор Тема: Световое загрязнение. Фон неба и засветка  (Прочитано 3824 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404

   Так уж повелось, что в странах бывшего СССР подавляющее большинство любителей астрономии проживает в крупных городах или их ближайших пригородах.  И вполне естественно, что любой новоиспеченный владелец телескопа попытается увидеть в свой инструмент галактики или эмиссионные туманности, проводя наблюдения с балкона или в ближайшем дворе. Увы, слабые туманности оказываются недоступными для городского наблюдателя, причем независимо оттого,  насколько крупный и дорогой телескоп был использован. Причиной этому является городская засветка или, как ее еще называют, световое загрязнение.
   Что бы оценить масштабы этого явления и понять, куда стоит выезжать на наблюдения, попробуем представить себе наблюдателя вдали от городских огней. В отличие от городского жителя, такой наблюдатель увидит не рыжее небо с несколькими яркими звездами, а огромный черный купол, усеянный огромным числом звезд. Но так ли уж черно небо вдали от цивилизации? Если посмотреть на звездное небо в телескоп при небольших увеличениях, можно увидеть, что небо на самом деле заметно светлее, чем чернота за границей поля зрения. Даже в самых удаленных высокогорных астрономических обсерваториях с каждой угловой секунды приходит света столько же, сколько и от звезды с блеском 23m. На первый взгляд это очень немного. Но с квадратной минуты при этом придет света, как от звезды 14 зв. величины, а с квадратного градуса как от звезды с блеском 5.2m. Если принять во внимание, что поверхностная яркость целого ряда туманностей и галактик сравнима с данной величиной, становится ясно, что это не так уж и мало. Может возникнуть удивление, что мы можем вообще увидеть объекты, у которых яркость ниже яркости фона ночного неба. Но тут нет причин удивляться. Дело в том, что свет от туманности смешивается со светом от ночного неба и суммарная яркость будет все-таки выше.
   Откуда же вообще берется фон ночного неба? Оказывается, что небо не бывает черным даже в космосе. Дело в том, что куда бы мы не посмотрели, на любом даже самом крошечном пятачке неба присутствуют отдельные звезды и далекие галактики. Они очень слабы, но объединяясь они дают равномерное, хотя и очень слабое свечение. Также в солнечной системе присутствует неисчислимое множество отдельных писчинок и пылинок, на которых рассеивается свет Солнца и звезд. Свет далеких звезд и рассеянный солнечный свет обеспечивают примерно половину вклада в фон ночного незасвеченного неба. Вторую половину фона неба нам обеспечивает земная атмосфера. Дневное небо имеет голубой цвет потому, что молекулы воздуха рассеивают солнечные лучи. Тоже самое происходит и со светом звезд, в результате чего часть света от них размазывается по всему небу обеспечивая дополнительное сияние. Но и это еще не все. В верхних слоях атмосферы находится чрезвычайно разреженный газ, в атомах которого под действием солнечного света происходит переход электронов на более высокие орбиты, а в ночное время спонтанные возвращения электронов на обычные орбиты приводит к дополнительным линиям излучения.
   Исследования спектра излучения ночного неба показали, что наиболее яркими являются зеленая линия с длиной волны 555.7 нм. излучения кислорода (запрещенная), а также красные линии с длинами волн 630нм, 636.3нм и 639.2нм. Вносят свой вклад в общий фон и излучение линии молекулы гидроксила ОН с длиной волны 656 нм, а также дублет линий натрия.
   Количество света, выраженного в звездных величинах с одной угловой секунды оказалось действительно удобной величиной для изучения качества неба. От этой величины напрямую зависит выдержка при съемке звездного неба (увеличение фона на одну звездную величину позволяет увеличить выдержку в 2.5 раза) и возможность наблюдать слабые объекты. Выяснилось, что фон ночного неба в одной и той же местности меняется в зависимости от направления, времени суток и года, состояния атмосферы, наличия Луны и ярких планет.
   Вполне естественно, что в наибольшей степени яркость фона неба зависит от высоты Солнца над горизонтом. Днем, когда высота Солнца положительна, с каждой квадратной секунды приходит света больше, чем от звезды 7 зв. величины. Во время гражданских сумерек (высота Солнца от 0 до -6 градусов)  яркость фона неба снижается с 7m до 14m. Во время навигационных сумерек (высота Солнца от -6 до -12 градусов) яркость фона неба в сельской местности снижается до 19 градусов. Когда Солнце опускается на глубину в 16 градусов под горизонтом, в зените яркость фона неба достигает предельной величины, хотя вся северная часть неба еще демонстрирует хорошо заметную синеву.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии
Сказали спасибо

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Световое загрязнение. Фон неба и засветка
« Ответ #1 : 08 Мая 2014, 12:06:38 »
. - .

Естественно, что Луна влияет на яркость фона неба в зависимости от своей фазы. Полная Луна сияет так, что яркость фона неба в зените не превышает 15m во время верхней кульминации и 16m в положении около горизонта. Но уже в фазе 0.7 фон неба в сельской местности может достигать 18m, а в моменты первой и последней четверти - до 20m. При таких фазах Луна, находясь даже на высоте несколько градусов над горизонтом практически не влияет на фон неба.
   Богатая яркими звездами область млечного пути зимнего или летнего неба также обеспечивает увеличение фона неба примерно на 0.1-0.2m по сравнению с темным весенним или осенним небом.
   Исследования яркости фона неба является одной из ключевых характеристик астрономического климата. Ведь чем ниже фон неба, тем более слабые объекты можно наблюдать. Например, целый ряд тусклых протяженных диффузных туманностей становится доступен для наблюдений только тогда, когда фон неба ниже 21.5m. А вот если фон неба оказывается ярче 21m, то становится затруднительно наблюдать крупные галактики, расположенные к нам плашмя (например М33 или М101). Когда яркость фона неба выше 20.5m, становятся труднодоступными большая часть галактик, Крабовидная туманность. А вот если фон неба ярче 19.5m, доступны для наблюдений только рассеянные скопления и компактные планетарные туманности.
   Конечно, астрономы предпочитают оценивать яркость в звездных величинах с квадратной секунды, но в научной литературе можно встретить и другие единицы поверхностной яркости, например стильбы. Связь между стильбами (B) и яркостью в звездных величинах выражается формулой m=2.39-2.5log(B).
   Уильям Гершель, Шарль Месье и многие другие наблюдатели прошлых веков могли наслаждаться действительно темным небом, яркость фона которого в безлунные ночи была не выше 21.6m. Увы, астрономические обсерватории, построенные в Париже, Киеве, Вене, Харькове, Санкт-Петербурге и многих других городах , где в ХIХ веке успешно проводились астрономические наблюдения, сейчас превратились в музеи или ознакомительные студенческие лаборатории. Европейские и североамериканские города просто сияют миллионами светильников, огнями машин, рекламой, подсветкой зданий. Жители городов уже давно забыли, как выглядит млечный путь. Им доступно лишь небольшое количество ярких звезд на сияющем рыжем небе. Как пример, приведу фотографию ночного Будапешта.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Световое загрязнение. Фон неба и засветка
« Ответ #2 : 08 Мая 2014, 12:07:00 »
. - .

Такое количество света вредит окружающей среде, поскольку у многих виды животных нарушаются биологические ритмы, а у растений происходят нарушения в развитии. Насекомые в больших количествах летят на свет ярких ламп и гибнут. Экологи заговорили о световом загрязнении окружающей среды. Увы, световое загрязнение губит всякую надежду проводить наблюдения туманностей в городских условиях. Ведь яркость фона такого неба составляет 14-16m.
   На окраинах больших городов небо не такое яркое, но оно по прежнему имеет рыжий оттенок, а рисунок созвездий угадывается с трудом. М. Уокер провел исследования влияния засветки неба городами. Согласно этим исследованиям, световая шапка городов, в которых живет N миллионов человек, имеет радиус R=153*lg(N)+108 километров. Например, для трехмиллионного города этот радиус оказывается равен 180 километрам. И даже на таком расстоянии от города в зените небо оказывается ярче на 0.1m, а на высоте 45 градусов в направлении города - на 0.2m. Статья Уокера была опубликована в 1970 году. С тем пор световое загрязнение только росло.
   Получается, что любителю астрономии для проведения полноценных наблюдений нужно выезжать за сотни километров от города. Такие поездки возможны для многих не чаще нескольких раз в год. А остальное время остается только на чтение книг, планирование наблюдений и их обработку? К счастью, ситуация не настолько трагична. Уже в часе езды автомобилем от городской черты можно найти места, где фон неба пусть и не идеален, но дополнительная засветка не превышает 0.1-0.3m. К тому же, можно выезжать в южном направлении, где небо в южной части окажется почти не засвечено. Что бы подобрать такие места, нужно уметь определять яркость фона неба.
   Получить данные о яркости фона неба можно различными способами. Наиболее простой способ - приобрести специальный прибор Sky Quality Meter. Достаточно направить его окошком светодиода к небу и после звукового сигнала считать показания. На пригородном небе результат получается почти мгновенно, а вот если небо действительно хорошее, время измерения может достигнуть нескольких десятков секунд.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Световое загрязнение. Фон неба и засветка
« Ответ #3 : 08 Мая 2014, 12:07:34 »
. - .

   Такой прибор достаточно дорог и его приходится приобретать за рубежом. Но можно приспособить для измерения фона неба мобильный телефон. Например, владельцы Айфонов могут приборести специальную программу для своего телефона, измерящую фон неба по такому же принципу. Описание программы можно найти здесь: http://www.darkskymeter.com.
Для владельцев аппаратов на базе операционной системы андроид есть более простая и бесплатная программка https://play.google.com/store/apps/details?id=com.cosalux.welovestars. У этой программы несколько иной принцип. Она предлагает направить телефон в заданные области неба и оценить видимость тех или иных звезд и на этом основании оценить яркость фона неба. К сожалению, метод не безупречен, поскольку не однозначной зависимости предельной звездной величины и яркости фона неба. Например, в далеких от цивилизации местах при наличии дымки яркость неба становится еще ниже, а вот предельная звездная величина снижается.
   Еще один способ подойдет людям, занимающимся астрономической фотографией. При наличии 16-тибитной ПЗС-камеры можно сделать снимок неба (лучше всего через фотометрический фильтр V или зеленый фильтр) и при обработке после вычета темнового кадра подобрать непересвеченную звезду с известным блеском M. Достаточно подсчитать яркость N пикселей, на которые попал свет звезды, что бы узнать полную ее яркость I. теперь нужно выбрать участок без звезд и подсчитать среднюю яркость его пикселя j. Если знать масштаб изображения n угловых секунд на пиксель, то яркость фона неба окажется M+2.5*lg (I-j*N)-2.5*lg(j/(n*n)). Ряд астрономических программ (например Iris) позволяют такие измерения сделать автоматически.
   Можно также воспользоваться спутниковыми данными светового загрязнения. Например, на сайте http://www.krneki.ws/OpenLayers/LightPollution.html можно посмотреть несколько разных карт засветки для разных годов. К сожалению, цвета оказываются несколько несапоставимы, поскольку использованы слегка разные шкалы. Например шкала, используемая до 2012 года использует черный цвет для совершенно незасвеченного неба (дополнительная засветка менее 0.03m), серый для дополнительной засветки от 0.03m до 0.1m, синий для засветки от 0.1m до 0.3m, зеленый для засветки от 0.3m до 0.75m, желтый при избыточной засветке от 0.75m до 1.5m, оранжевый от 1.5m до 2.6m и для более засвеченного неба красный цвет. Часто на форумах можно услышать высказывания типа "наблюдал в синей зоне" или "доступно для наблюдений в зеленой зоне". По опыту многих любителей синяя и серая зоны оказываются достаточно комфортными для всех видов наблюдений. Зеленая зона накладывает ряд ограничений, а желтая зона уже является совершенно нежелательной для всех видов наблюдений.
   На слое карты от 2012 года фон неба отмечается уже в единицах энергетической яркости (ваттах на сантиметр квадратный на стеррадиан). Приблизительно можно считать, что 1*10^(-9) W/cm^2*sr соответсвует 17.8m с квадратной секунды для всех длин волн или 20m для видимого диапазона. Таким образом при выборе места наблюдения нужно стремиться, что бы яркость не превысила 0.4*10^(-9) W/cm^2*sr.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Световое загрязнение. Фон неба и засветка
« Ответ #4 : 08 Мая 2014, 12:09:10 »
. - .

Естественно, нужно учитывать, что это некоторая средняя величина яркости неба. В конкретной местности яркость фона неба будет меняться в зависимости от высоты и азимута. В направлении роста яркости фона неба в данной точке небо будет светлее. Поэтому, нужно стремиться, что бы в месте наблюдения небыло близких зеленых и желтых зон. Хорошим признаком темного неба служит яркость облаков. Если облака темнее неба, значит небо хорошее, а если облака ярче - небо не идеальное.
   Часто можно встретить еще один метод оценки качества неба с точки зрения засветки - оценку по шкале Бортля. Согласно этой шкале качество неба оценивается по девятибальной шкале. И пусть этот метод слегка субъективен, но позволяет понять, какие ограничения и возможности имеет то или иное местно наблюдений.
1 бал. Превосходное небо. В зените невооруженным глазом видны звезды слабее 7.6m. Млечный путь имеет потрясающий вид, полоса зодиакального света четко видна вдоль эклиптики. Стоящий телескоп или автомобиль не видно вообще. К сожалению, такое небо встречается очень редко.
2 бала. Очень темное небо. В зените доступны невооруженному глазу звезды 7.1-7.5m. В Млечном пути видно множество различных деталей. Зодиакальный свет хорошо заметен в западной части неба вдоль эклиптики после окончания сумерек. Невооруженному глазу доступна галактика М33 и ряд других, более ярких объектов дальнего космоса. Такое небо встречается в отдаленных от цивилизации местах: горах, степях, пустынях, островах.
3 бала. Сельское небо. В зените человеческий глаз способен различать звезды 6.6-7.0m. На горизонте видно отдельные удаленные купола засветки, но высоко над горизонтом засветка отсутствует. Хорошо видна структура Млечного пути. Зодиакальный свет достаточно легко заметен. Такое небо можно найти во многих удаленных от крупных городов селах.
4 бала. Небо дальних пригородов. В зените невооруженным глазом можно увидеть звезды 6.1-6.5m. На горизонте хорошо различимы купола небольшой засветки. Ясно виден Млечный путь, а в самой яркой летней части его хорошо различима структура. Автомобили и телескопы хорошо различимы на открытой местности.
5 балов. Пригородное небо. Глазом в зените можно увидеть звезды от 5.6 до 6 зв. величины. У Млечного пути видны только яркие участки. Хорошо заметны источники небольшого светового загрязнения в разных направлениях. Такое небо не является идеальным, но все же является достаточно неплохим для визуальных наблюдений и для астрофотографии.
6 балов. Небо ближнего пригорода. Предельная для глаза звездная величина находится в области 5.5m. Млечный путь виден очень слабо. Такие объекты, как М31 или М44 можно увидеть невооруженным глазом. Облака имеют яркость более высокую, чем яркость неба. Такое небо еще может использовать для астрономических наблюдений и астрофотографии, но уже с рядом ограничений.
7 балов. Небо окраин городов. Звезды слабее 5 зв. величины глазом не различимы. Небо имеет сероватый оттенок. Млечный путь не виден или практически невиден. Без телескопа можно увидеть на пределе М31 и М44. Любители астрономии под таким небом вынуждены ориентироваться на наблюдения звездных скоплений и планетарных туманностей.
8 балов. Городское небо. Звезды слабее 4.5m не различимы. Небо имеет сероватый или оранжевый оттенок. Объекты земного ландшафта хорошо видны, поскольку подсвечены фонарями или светом из окон домов. Многие созвездия из-за невидимости слабых звезд становятся неузнаваемыми.
9 балов. Небо в центральной части города. Предельная звездная величина ниже 4m. Видны только самые яркие звезды. Планеты, созвездия Ориона и Большой Медведицы еще можно найти.
   При выборе места наблюдений нужно учитывать, что засветка бывает разной. Рассмотренная нами является засветкой глобальной. Но в каждой конкретной точке может присутствовать еще и локальная засветка. К локальной засветке относят близлежащие фонари, свет в окнах домов, другие источники света.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Световое загрязнение. Фон неба и засветка
« Ответ #5 : 08 Мая 2014, 12:09:39 »
. - .

Выбранное  для наблюдений место может находится в серой или черной зоне, но несколько одиноких горящих фонарей могут существенно помешать наблюдениям, поскольку их паразитный свет может попадать в трубу телескопа или в глаз. Даже случайный взгляд на фонарь на расстоянии в 100 метров может нарушить темновую адаптацию.
   Впрочем, с локальной засветкой можно при необходимости и бороться. Очень часто можно найти такую точку для наблюдений, где фонари окажутся закрытыми деревьями, строениями, заборами или другими непрозрачными объектами. Можно даже самому соорудить экран, защищающий от локальной засветки. Если есть возможность, то можно переоборудовать и сами фонари. Например, в поселке Научный (Крым, Украина) в области, где расположены телескопы, на фонари сверху надеты металлические чаши, благодаря которым их свет подсвечивает только область непосредственно под фонарем.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Световое загрязнение. Фон неба и засветка
« Ответ #6 : 08 Мая 2014, 12:09:57 »
. - .

Также в целях экономии электроэнергии, фонари могут быть оснащены датчиком движения, благодаря которому они будут светить только тогда, когда в этом есть необходимость. Также встречаются фонари, которые оснащены фотодиодом. Когда на такой фотодиод падает достаточно света, он отключает фонарь. Это позволяет выключать фонарь в светлое время суток. Нередко удается при помощи лазерной указки попасть в фотодиод и выключить фонарь и в ночное время.
   Если у любителя астрономии есть постоянное место наблюдений (дача, дом, дом родственников) в зоне с невысокой засветкой, но с фонарями соседей, можно попытаться договориться о применении описанных выше методов ограничения локальной засветки или выключать свет на время проведения астрономических наблюдений. В конце концов их можно пригласить на наблюдения и увлечь их астрономии. И тогда они сами поймут необходимость борьбы с засветкой.
   Так что темного неба всем любителям астрономии!
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии
Сказали спасибо