Городские огни, ярко мерцающие в ночи, давно стали неотъемлемой частью современного городского пейзажа. С высоты космоса изображение Земли в темное время суток с мерцающими огнями городов выглядит впечатляюще и завораживающе. Однако несмотря на привычность этой картины, научное понимание источников и масштабов искусственного светового излучения остается весьма ограниченным. Это создает серьезные препятствия для принятия эффективных мер по охране окружающей среды и снижению негативных последствий светового загрязнения. Современный прорыв в понимании характера городского освещения достигнут благодаря инициативе, воплощенной в проекте с участием граждан-ученых под названием Nachtlichter.
В 2021 году сотни добровольцев, используя специальное мобильное приложение, подсчитывали и классифицировали свыше 230 тысяч световых источников на площади около 22 квадратных километров в основном на территории Германии. Такой масштабный сбор данных на местном уровне позволил связать наблюдения из космоса с деталями, которые недоступны при простом спутниковом мониторинге. Была выявлена важная особенность – в центрах городов основную часть освещения составляют не только уличные фонари, но и рекламные щиты, вывески и декоративное освещение. Их количество заметно превышает число традиционных уличных светильников, что меняет представление о том, что именно освещает ночной город. Космические спутники, оснащенные датчиками, фиксируют общий поток света, исходящего с поверхности, но не способны различать типы источников или их точное расположение.
Низкое разрешение и недостаточная чувствительность не позволяют определить, откуда именно свет исходит — от окон зданий, рекламных конструкций или освещения улиц. В то же время, именно эти особенности формируют световое загрязнение — эффект светового пелена, который мешает наблюдению звездного неба, нарушает биоритмы животных и растений и оказывает влияние на здоровье человека. Использование гражданской науки, основанной на активном участии жителей городов в сборе данных, стало ключевым инновационным этапом. Приложение Nachtlichter позволило горожанам систематически фиксировать всю видимую уличную и архитектурную подсветку. Классификация охватывала восемнадцать различных категорий, включая окна жилых домов, коммерческие витрины, рекламные знаки и другие источники.
Важно то, что добровольцы прошли обязательное обучение, что гарантировало сопоставимость и достоверность данных, а многочисленные повторные измерения позволили оценить диапазон возможных ошибок – он оказался на уровне 10–20%, что является вполне приемлемой погрешностью в подобных исследованиях. Результаты наблюдений оказались поразительными. Самой частой категорией освещения стали окна жилых домов, а за ними следовали уличные светильники и коммерческие окна. При более тщательном анализе выявилось, что в плотных городских районах рекламные и эстетические источники света существенно преобладают. Например, в вечернее время на каждую уличную лампу приходится примерно столько же освещенных знаков и коммерческих окон.
Более того, даже к полуночи, когда многие рекламные вывески и витрины выключаются, уличные фонари остаются в меньшинстве – их доля примерно в 5–7 раз меньше, чем световых источников других типов. Это открытие имеет серьезные последствия для городской политики в области освещения. Традиционные инициативы и нормативы фокусируются на управлении уличными фонарями, поскольку они принадлежат муниципалитету и хорошо учтены в базах данных. Однако значительная часть светового загрязнения образуется от частных и коммерческих источников, на которые муниципальные власти влияют гораздо меньше. Таким образом, для системного решения проблемы необходим комплексный подход, включающий регулирование рекламного освещения, а также предложение жителям использовать затемненные шторы после заката.
Еще одним важным аспектом исследования стала оценка степени защиты светильников. Хорошее экранирование направляет свет вниз и уменьшает его распространение вверх в атмосферу, что снижает световое загрязнение. В Германии около половины уличных фонарей имеют полное или частичное экранирование, в то время как теплые фасадные и навесные светильники значительно реже имеют такую защиту, что приводит к избыточному светораспространению и усилению ночного сияния неба. Помимо экологических проблем, искусственное освещение напрямую влияет на экономику и энергопотребление. Сокращение ненужного освещения позволяет уменьшить расход электроэнергии и снизить выбросы углерода, способствуя борьбе с климатическими изменениями.
Примером этому служат законодательные меры в Германии и других странах, введенные в кризисных ситуациях для ограничения использования наружного света, что продемонстрировало значительный потенциал быстрых энергетических сбережений. Сопоставление результатов наземных наблюдений с данными спутников показало сильную положительную корреляцию между количеством установленных световых источников на местности и радиационным потоком, зарегистрированным из космоса. Это позволило разработать простую формулу для перевода спутниковых данных в более понятные единицы – количество светильников на квадратный километр. Такая «переводческая» формула стала важным инструментом, открывающим дорогу к более точному мониторингу светового загрязнения и эффективному моделированию его влияния. Стоит отметить, что несмотря на попытки выделить вклад отдельных типов светильников в общую спутниковую радиацию, получить достоверные веса для каждого источника оказалось сложной задачей.
Это связано с различиями в яркости, расположении, направленности и спектральных характеристиках света, а также с архитектурными особенностями городского ландшафта. Тем не менее, рекомендовано дальнейшее развитие методологии с участием более детальных данных о городском морфологическом строении для повышения точности оценки. Примечательно, что динамика ночного освещения меняется в течение ночи: большинство жилых и коммерческих окон гасят свет к полуночи, уменьшая общий световой поток. Уличные фонари же, как правило, остаются включенными, и их относительная доля среди всех источников повышается. Эти временные изменения должны учитываться при планировании наблюдений спутников и разработке городской освещенности.
Экологические последствия светового загрязнения многочисленны. Ночные огни оказывают влияние на поведение птиц, привлекая их и нанося вред во время миграций. Множество животных – от насекомых до млекопитающих – изменяют свои биоритмы и поведенческие паттерны из-за искусственного освещения, включая периоды активности и размножения. Да и растения чувствуют присутствие непривычного ночного света, что влияет на их физиологические процессы. Эти эффекты приводят к снижению биоразнообразия и нарушению естественных экосистем.
Социальные аспекты также важны – избыточное освещение негативно сказывается на здоровье человека, вызывая нарушения сна и сбои биологических часов, а также снижает качество ночного неба, лишая городских жителей возможности наслаждаться звездным небом. Более рациональное использование городского освещения поможет сохранить здоровье, улучшить состояние окружающей среды и сэкономить ресурсы. Инновационный подход Nachtlichter демонстрирует эффективность гражданской науки: вовлечение жителей в сбор и анализ данных позволяет получить уникальную детальную информацию, недоступную традиционным методам. Кроме того, оно повышает осведомленность населения о проблемах светового загрязнения и стимулирует локальные инициативы и диалог между гражданами и властями. В перспективе методология Nachtlichter может быть адаптирована для других стран и регионов, что поможет понять причины региональных различий в уровне светового загрязнения.
Повторные исследования позволят отслеживать тенденции и эффективность внедряемых мер, формируя основу долгосрочной стратегии устойчивого городского освещения. Для снижения светового загрязнения необходимо пересмотреть существующие нормы и расширить сферу регулирования за пределы только уличного освещения. Успешным примером служит Франция, где введены ограничения на время работы рекламного освещения и настоятельные рекомендации по выключению внутренних огней в нерабочее время. Внедрение интеллектуальных систем освещения, регулирующих свет в зависимости от движения и потребности, также предоставляет значительный потенциал экономии и минимизации экологического воздействия. В заключение, важность комплексного и системного подхода к проблеме городского освещения становится все более очевидной.
Яркие огни современного города, освещая окружающую действительность, оказывают влияние далеко за пределами видимости. Гражданские научные проекты, такие как Nachtlichter, опираясь на сообщество и технологии, открывают новый этап в понимании и контроле за световым загрязнением, позволяя сохранить ночное небо и улучшить качество жизни в урбанизированном мире.
