星星都去哪了——城市夜空光度监测项目组在行动

□ 江苏省天一中学 沈新荣

星星都去哪了
——城市夜空光度监测项目组在行动

□ 江苏省天一中学 沈新荣

光污染的影响

光污染是继水、气、声和渣污染之后的一种新型污染，主要包括白亮污染、人工白昼和彩光污染。光污染的影响首先在于破坏天文观测环境。随着城市照明、户外广告、亮化工程的推进，天空发亮已经成为全球性现象。约翰 . 波特尔于2001年在《天空与望远镜》杂志上发表了著名的波特尔黑暗天空分类法，他将天空分为9个等级：在第1等级“极黑的夜空”地区，连黄道光、黄道带和对日照都能看到，天蝎座和人马座间的银河区域亮到可以照出地物的影子，肉眼的极限星等在努力后可以达到7.6至8.0等；而在第9等级“市中心的夜空”地区，包括天顶在内的整个天空都被照亮，肉眼的极限星等低于4.0等，只有月亮、行星和昴星团可能给观星者带来些许乐趣。

光污染对天文观测的影响极大，历史上天文台因此而被迫搬迁的案例屡见不鲜。英国格林尼治天文台早在1948年就为躲避光污染和大气污染而迁往东南沿海环境优美、观测条件更好的赫斯特蒙苏堡地区。格林尼治天文台旧址现已划归英国国家海洋博物馆，设有天文站和天文仪器馆，里面陈列着许多早期的天文望远镜、时钟、浑天仪和地球仪，供游客参观游览。在美国、加拿大、日本、西班牙、葡萄牙等国，多个著名天文台都曾几次迁址。我国紫金山天文台的观测工作也全部转移到了其他观测站点，紫台园区则已改建为天文博物馆，以天文科普和天文旅游为主，仅保留了少量与太阳观测有关的科研工作。

当然，光污染的影响并不局限于天文观测。居高不下的学生近视率、迷途的海龟幼崽、撞上玻璃幕墙的飞鸟、爆发性增殖的水藻、能源紧缺与气候变暖，这些看似并无关联的人与事，其实背后都与灯光之扰息息相关。

图1　波特尔黑暗天空分类法，（图片来自网络）

图2　格林尼治天文台旧址（沈新荣摄）

光污染在无锡

早在社团成立之初，我们就知道无锡的观星条件不好。我们知道，距市中心三阳广场约6.2千米远的天一中学校园里，天空是白的、灰的、橙的、多彩的，北斗七星中的天权是看不到的，狮子座的镰刀是认不全的……我们从未意识到在距三阳广场16.9千米远的斗山山顶竟然连仙女座大星系M31和猎户座大星云M42都仅能勉强分辨，山脚下的路灯和远近城镇的光源清晰可见，天空泛着浅浅的灰白色；我们从未意识到在与市区间隔有十千米丘陵的太湖十八湾地区竟连天顶附近的银河都彻夜不现，三角座星系M33也必须通过双筒镜才能被观察到。一期一期的观星营办起来，露营点的环境却始终那么令人遗憾。

图3　无锡太湖宝界山林公园（胡天宁摄）

就这样阴差阳错却又命中注定的，“光污染”成了我们观星的结，成了我们天文科普的切入点，它是我们现今研究的课题之一。

从2011年开始，我们先后策划了多期“星空光害旅行团”活动，组织学生在一个晚上的时间内，从市中心到城区、再到郊区、远郊和乡村，实地感受和对比分析各地区的光污染情况。此外，我们还策划了“都市数星星”“光污染摄影赛”“在微光中辨认颜色”等光污染相关的科普活动。

图4　Sky Quality Meter（LE+H+POE），（测量天光的仪器，沈新荣摄）

图5　赴香港大学交流培训（港大物理系供图）

夜空光度测量

2012年9月，学校从加拿大进口了9台夜空光度测量仪（Sky Quality Meter-L），我们的“无锡城市夜空光度测量研究”课题正式开始了。

为科学、有效地开展夜空光度测量工作，我编写了《无锡市夜空光度测量指导》方案，就测量时间、地点、方法及报告填写的格式做了统一规范。在测量方法上，首先介绍的是最常见的目视极限星等法，即通过肉眼能观察到的最暗星等来进行估算：选择2个或2个以上的地平高度大于40°的定标天区，数出该天区内能观察到的恒星数目，与国际流星组织提供的表格对比来确定极限星等。但这种方法有一定的局限性，比如不同的人因视力不同而测定的极限星等会有差异，测定的极限星等可能因定标天区的缘故并不是天顶附近的……其次是照相法，这种方法的缺点在于测量时间较长，对摄影者的技术要求较高，胶片可能出现倒易率失效的问题或CMOS/CCD长曝光噪点增多的问题……第三是仪器测量法，SQM-L是一款国际顶尖的手动测光仪，它只对可见光有感应（装有近红外过滤器），测量范围仅限于感应面中心轴角距20°范围内的天空。SQM-L是一款极易操作的傻瓜机，操作者只需将感应面对准天顶，按下开关并释放，数值就会立即显示出来。SQM-L读数的单位是星等/平方角秒，我们可以根据需要，使用“A（星等/平方角秒）=12.41-2.5lgB（坎德拉/平方米）”公式进行方便的转换。

通过两年多的测光，我们共收集了2000多组有效数据，发现无锡城区（解放环路内）三块不同功能用地间夜空光度均值存在明显的差异（中心商务区最亮，老旧居民区最暗，混合地区居中），市区的夜空光度均值随距三阳广场远近不同存在相关系数达0.978的线性关系，天一中学天文教室楼顶上方天空的夜空光度在不同地平高度和方位上的变化明显符合无锡城市用地的分布特征。夜空光度随时间的变化也表明夜空光度随着人造光源在前半夜的逐渐关闭有线性的减弱而后半夜仅受道路照明等长明灯的影响故变化不明显。据此撰写的论文在发表后得到了广泛的社会关注，香港大学物理系首席讲师潘振声博士邀请我们访问并参观香港地区的夜空光度监测站，开展交流与研讨工作；国际天文学联合会天文普及室张师良室长邀请我们加入Globe at Night - Sky Brightness Monitoring Network，成为国际夜空光度测量网络的一员。

2015年9月，在我们的发动下，由五家单位共建的“无锡城市夜空光度监测网络”已经开始着手规划，更为先进的Sky Quality Meter（LE+H+POE）自动测光组件将成为各个监测站的主力设备，为我们进一步搜集和分析夜空光度的地区差异（乡村与城市），时间变化（长期多年、短期一夜），影响因素（月相、云量、人造光源）提供可靠的数据来源。

我们期待自己的这些微薄的工作能推动光污染防治在社会公众中的认识与重视，能为未来政府机构进行光污染治理和立法提供参考。我们也期待，更多的单位可以踏上夜空光度监测的征途，共同推动善用灯光和保护美丽星空的公众教育行动。

（责任编辑 张长喜）