Гражданская наука и её роль в изучении городского освещения: раскрывая природу городских огней

DeFi Технология блокчейн

Городские огни всегда привлекали внимание людей своим ярким сиянием, преображая ночной пейзаж и создавая особую атмосферу. Свет, исходящий из мегаполисов, виден далеко из космоса, формируя своеобразные звездные созвездия на ночном глобусе Земли. Однако природа этих источников искусственного света долго оставалась загадкой, особенно в контексте их количества, назначения и воздействия на окружающую среду. Современные технологии спутниковой съемки и наблюдений с земли не всегда предоставляют полное представление о фактическом составе и характеристиках городского освещения. В этой непростой задаче на помощь приходит гражданская наука, вовлекающая обычных жителей в сбор, классификацию и анализ светового загрязнения.

Одним из новаторских примеров такого подхода является проект Nachtlichter в Германии, где при помощи специально разработанного мобильного приложения группа добровольцев подсчитала более 230 тысяч источников света на площади около 22 квадратных километров. Эти данные позволили количественно оценить распространенность различных типов освещения — от уличных фонарей до рекламных вывесок и окон жилых домов. Результаты открыли глаза на то, что в городских центрах Германии значительная часть света не связана с общественным уличным освещением, как ранее предполагалось, а исходит от декоративного или коммерческого освещения. Традиционно городское освещение ассоциировалось преимущественно с уличными фонарями, поскольку за их установку и эксплуатацию отвечают муниципальные власти, которые ведут учет и управление ими. Этот аспект сделал уличное освещение центральным элементом в политике по борьбе с световым загрязнением и энергосбережению.

Однако систематические исследования демонстрируют, что уличные фонари формируют лишь часть общего светового потока. Подсчеты и опросы, проведенные в разных странах, показывают, что частное и коммерческое освещение могут составлять от половины до более чем 75% всех источников света, причём в Германии на среднюю семью из жилых окон приходится значительное количество света в ночное время. Самое удивительное заключается в том, что эти данные нельзя получить исключительно с помощью спутников: разрешающая способность современных устройств пока не позволяет точно определить тип и назначение отдельных световых источников. Технология распределенной информации с вовлечением громадного количества добровольцев-«гражданских учёных» становится незаменимым инструментом в этой области. Человеческое восприятие, подкрепленное обучающими материалами и мобильными приложениями, способно классифицировать световые источники по категориям, учитывая цвет, интенсивность, уровень экранировки и даже динамическое поведение, например, включение по движению.

Экологический аспект городского освещения выходит за пределы простого подсчета источников света. Искусственное освещение признано одним из видов загрязнения, затрагивающим около четверти всей суши Земли и более 80% территории Европы. Ночное сияние влияет на экосистемы, нарушая поведение птиц, насекомых и млекопитающих, изменяет циклы растений и нарушает естественные биоритмы. В частности, птицы часто притягиваются к светящимся сооружениям, что способствует их смертности. Увеличение так называемого светового смога оказывает влияние и на человека, ухудшая качество сна, провоцируя стресс и влиять на здоровье в целом.

Эти последствия побуждают государства принимать меры, направленные на снижение светового загрязнения. Однако эффективность таких мер часто оказывается ниже ожидаемой, так как основные акценты ставятся лишь на уличном освещении. Снижение интенсивности уличных фонарей или переход на более эффективные LED-лампы не решает проблему полностью, если частное освещение и рекламные вывески продолжают работать без ограничений. В этом смысле проект Nachtlichter дает ценные данные для разработки комплексных стратегий. Помимо экологической пользы, искусственное освещение связано с расходами энергии и финансовыми затратами, что особенно актуально на фоне глобальных вызовов, связанных с изменением климата и энергетической безопасностью.

В Германии, например, во время энергетического кризиса были введены временные ограничения на наружное освещение, что показало потенциал экономии ресурсов. Важной находкой проекта стало понимание временной динамики освещения городов. Многие коммерческие источники света и окна жилых зданий постепенно гаснут в течение ночи, а уличные фонари обычно остаются включенными до рассвета. Такая смена светового ландшафта отражается и на спутниковых снимках – уровень радиации и цветовой спектр меняются по мере продвижения ночи. Это дополнительно подтверждает необходимость учета временного фактора в мониторинге и моделировании светового загрязнения.

Гражданские исследователи осуществляют наблюдения, сопровождаемые обязательным обучением, что помогает визуально и количественно отличать типы источников, их цвет и яркость. Собранные данные проходят строгую проверку и коррекцию, учитывая разную степень активности светильников в разное время вечерних часов. Несмотря на относительно высокую погрешность отдельных наблюдений – около 10–20% – суммарные результаты оказываются сопоставимы с спутниковыми измерениями и дают более глубокое представление о структуре освещения на уровне человека. Коллективы ученых также попытались связать численность и характеристики светов с интенсивностью излучения, регистрируемой спутниками. Отношение между количеством источников на квадратный километр и спутниковой радиацией оказалось положительным с корреляцией порядка 0,67.

При этом различные типы светильников влияют на спутниковый сигнал по-разному. К примеру, уличное освещение растет медленнее, чем рекламные знаки и окна, что свидетельствует о большем влиянии последних на создаваемое световое загрязнение. Важным открытием стало то, что около половины уличных фонарей в Германии оснащены системой полного или частичного экранирования, что помогает снизить рассеянное вверх излучение, которое формирует световое загрязнение в атмосфере. Однако значительная часть декоративных и коммерческих источников света не придерживается таких мер, и значительная доля освещения направлена вверх, что увеличивает искусственную яркость городского неба. Также было выявлено, что технология управления светом при помощи датчиков движения начинает набирать популярность преимущественно в малоосвещенных пригородных и сельских зонах, однако в центрах городов её применение пока остается ограниченным.

Это открывает дополнительные возможности для развития «умного» освещения, ориентированного на энергоэффективность и минимизацию влияния на окружающую среду. Высокая активность добровольцев и результативность проекта подтвердила значимость вовлечения общественности в исследования и мониторинг светового загрязнения. Гражданская наука не только познавательна, но и способствует усилению осведомленности населения о проблеме загрязнения ночного пространства светом, стимулирует диалог с органами власти и помогает формировать политику, основанную на актуальных и точных данных. Помимо Германии, подобные проекты могут быть реализованы в других странах для учета местных особенностей ландшафта, архитектуры и стилей городского освещения. Это даст возможность сравнивать международные практики, выявлять наиболее эффективные меры и способствовать достижению глобальных целей в области устойчивого развития.