Skyglow (o resplandor del cielo ) es la luminancia difusa del cielo nocturno , aparte de fuentes de luz discretas como la Luna y las estrellas individuales visibles . Es un aspecto comúnmente observado de la contaminación lumínica . Si bien generalmente se refiere a la luminancia que surge de la iluminación artificial , el resplandor del cielo también puede involucrar cualquier luz dispersa que se vea durante la noche, incluidas las naturales como la luz de las estrellas , la luz zodiacal y el resplandor del aire . [1] [2]
En el contexto de la contaminación lumínica, el resplandor del cielo surge del uso de fuentes de luz artificiales, incluida la iluminación eléctrica (o rara vez de gas ) utilizada para iluminación y publicidad, y de bengalas de gas . [3] La luz que se propaga a la atmósfera directamente desde fuentes dirigidas hacia arriba o que no están completamente protegidas, o después de reflejarse en el suelo u otras superficies, se dispersa parcialmente hacia el suelo, produciendo un brillo difuso que es visible desde grandes distancias. El resplandor del cielo procedente de luces artificiales se percibe con mayor frecuencia como una cúpula de luz resplandeciente sobre ciudades y pueblos, pero es omnipresente en todo el mundo desarrollado .
La luz utilizada para todos los fines en el ambiente exterior contribuye al resplandor del cielo, a través de aspectos a veces evitables, como un mal blindaje de las luminarias, y a través de aspectos al menos parcialmente inevitables, como señalización sin protección y reflejos de superficies iluminadas intencionalmente. Luego, parte de esta luz se dispersa en la atmósfera hacia el suelo mediante moléculas y aerosoles (ver § Mecanismo) y (si están presentes) nubes, lo que provoca un resplandor en el cielo.
Las investigaciones indican que cuando se ve desde cerca, aproximadamente la mitad del resplandor del cielo surge de emisiones directas hacia arriba y la otra mitad de reflejos, aunque la proporción varía según los detalles de los accesorios de iluminación y el uso, y la distancia del punto de observación a la fuente de luz. [4] [5] En la mayoría de las comunidades, las emisiones directas hacia arriba promedian entre el 10% y el 15%. [4] La iluminación totalmente protegida (sin luz emitida directamente hacia arriba) reduce el brillo del cielo aproximadamente a la mitad cuando se ve de cerca, pero en factores mucho mayores cuando se ve desde la distancia.
El resplandor del cielo se amplifica significativamente con la presencia de nieve y dentro y cerca de áreas urbanas cuando hay nubes . [6] En áreas remotas, la nieve ilumina el cielo, pero las nubes oscurecen el cielo.
Hay dos tipos de dispersión de la luz que provocan el brillo del cielo: la dispersión de moléculas como N 2 y O 2 (llamada dispersión de Rayleigh ) y la de aerosoles , descrita por la teoría de Mie . La dispersión de Rayleigh es mucho más fuerte para la luz de longitud de onda corta (azul), mientras que la dispersión de los aerosoles se ve menos afectada por la longitud de onda. La dispersión de Rayleigh hace que el cielo parezca azul durante el día; cuantos más aerosoles hay, menos azul o más blanco parece el cielo. En muchas zonas, sobre todo en las urbanas, domina la dispersión de aerosoles, debido a la fuerte carga de aerosoles causada por la actividad industrial moderna, la generación de energía, la agricultura y el transporte.
A pesar de la fuerte dependencia de la longitud de onda de la dispersión de Rayleigh, su efecto sobre el brillo del cielo para fuentes de luz reales es pequeño. Aunque las longitudes de onda más cortas sufren una mayor dispersión, esta mayor dispersión también da lugar a una mayor extinción : los efectos se equilibran aproximadamente cuando el punto de observación está cerca de la fuente de luz. [7]
Para la percepción visual humana del brillo del cielo, generalmente el contexto asumido en las discusiones sobre el brillo del cielo, las fuentes ricas en longitudes de onda más cortas producen un brillo del cielo más brillante, pero por una razón diferente (ver § Dependencia de la fuente de luz).
Los astrónomos profesionales y los investigadores de la contaminación lumínica utilizan diversas medidas de intensidad luminosa o radiante por unidad de área, como magnitudes por segundo de arco cuadrado, vatios por metro cuadrado por estereorradián, (nano)Lamberts o (micro)candela por metro cuadrado. [8] Los mapas de brillo del cielo de todo el cielo se producen con cámaras de imágenes de calidad profesional con detectores CCD y utilizando estrellas como fuentes de calibración. [9] [10] Los astrónomos aficionados han utilizado la escala de cielo oscuro de Bortle para cuantificar aproximadamente el brillo del cielo desde que se publicó en la revista Sky & Telescope en febrero de 2001. [11] La escala clasifica la oscuridad del cielo nocturno inhibida por el brillo del cielo con nueve clases y proporciona una descripción detallada de cada posición en la escala. Los aficionados también utilizan cada vez más medidores de calidad del cielo (SQM) que miden nominalmente en unidades fotométricas astronómicas las magnitudes visuales ( Johnson V) por segundo de arco cuadrado. [nota 1]
El brillo del cielo que surge de fuentes de luz artificiales cae abruptamente con la distancia a la fuente de luz, debido a los efectos geométricos caracterizados por una ley del cuadrado inverso en combinación con la absorción atmosférica. Una relación aproximada viene dada por
lo que se conoce como "Ley de Walker". [13]
La Ley de Walker ha sido verificada mediante observación [13] [9] para describir tanto las mediciones del brillo del cielo en cualquier punto o dirección dados en el cielo causado por una fuente de luz (como una ciudad), como también medidas integradas como el brillo de la "cúpula de luz" sobre una ciudad, o el brillo integrado de todo el cielo nocturno. A distancias muy grandes (más de unos 50 km) el brillo cae más rápidamente, en gran parte debido a la extinción y a los efectos geométricos provocados por la curvatura de la Tierra.
Diferentes fuentes de luz producen diferentes cantidades de brillo visual en el cielo. El efecto dominante surge del cambio de Purkinje , y no como comúnmente se afirma de la dispersión de Rayleigh de longitudes de onda cortas (ver § Mecanismo). [7] [15] Al observar el cielo nocturno, incluso desde áreas moderadamente contaminadas con luz, el ojo se vuelve casi o completamente adaptado a la oscuridad o escotópico . El ojo escotópico es mucho más sensible a la luz azul y verde, y mucho menos sensible a la luz amarilla y roja, que el ojo fotópico o adaptado a la luz. Predominantemente debido a este efecto, las fuentes de luz blanca como los halogenuros metálicos , las fluorescentes o los LED blancos pueden producir hasta 3,3 veces el brillo visual del cielo de la lámpara de sodio de alta presión más común actualmente , y hasta ocho veces el brillo. de LED de fosfuro de indio, galio y aluminio de color ámbar o sodio a baja presión .
En detalle, los efectos son complejos y dependen tanto de la distancia desde la fuente como de la dirección de observación en el cielo nocturno. Pero los resultados básicos de investigaciones recientes son inequívocos: suponiendo un flujo luminoso igual (es decir, cantidades iguales de luz visible) y características ópticas coincidentes de las luminarias (particularmente la cantidad de luz que se permite irradiar directamente hacia arriba), las fuentes blancas ricas en partículas más cortas Las longitudes de onda (azul y verde) producen un brillo en el cielo dramáticamente mayor que las fuentes con poco azul y verde. [14] El efecto de la dispersión de Rayleigh sobre los impactos del resplandor del cielo de diferentes espectros de fuentes de luz es pequeño.
Gran parte del debate en la industria de la iluminación e incluso por parte de algunas organizaciones defensoras del cielo oscuro (por ejemplo, la Asociación Internacional de Cielo Oscuro ) sobre las consecuencias del brillo del cielo al reemplazar los sistemas de iluminación de carreteras de sodio de alta presión actualmente prevalecientes con LED blancos descuida cuestiones críticas del espectro visual humano. sensibilidad, [17] o se centra exclusivamente en fuentes de luz LED blancas, o se centra estrechamente en la porción azul (<500 nm) del espectro. [18] [19] Todas estas deficiencias llevan a la conclusión incorrecta de que los aumentos en el brillo del cielo que surgen del cambio en el espectro de la fuente de luz son mínimos, o que las regulaciones sobre contaminación lumínica que limitan el CCT de los LED blancos a los llamados " blanco cálido" (es decir, CCT <4000K o 3500K) evitará que aumente el brillo del cielo. [14] La eficiencia mejorada (eficiencia en la distribución de la luz en el área objetivo, como la carretera, con menos "residuos" que caen fuera del área objetivo [20] y patrones de distribución más uniformes [ cita requerida ] ) puede permitir a los diseñadores reducir la iluminación. cantidades. [ cita necesaria ] Pero no se ha demostrado una mejora de la eficiencia suficiente para superar la duplicación o triplicación del brillo del cielo que surge de un cambio a LED incluso de color blanco cálido a partir de sodio de alta presión (o un aumento de 4 a 8 veces en comparación con el sodio de baja presión).
El resplandor del cielo, y más en general la contaminación lumínica, tiene varios efectos negativos: desde la disminución estética de la belleza de un cielo lleno de estrellas, pasando por el desperdicio de energía y recursos en la producción de iluminación excesiva o incontrolada, hasta los impactos en las aves [21] y otros organismos biológicos. sistemas, [22] incluidos los humanos. Skyglow es un problema importante para los astrónomos , porque reduce el contraste en el cielo nocturno hasta el punto de que puede resultar imposible ver todas las estrellas excepto las más brillantes . [nota 4]
Se cree que muchos organismos nocturnos navegan utilizando la señal de polarización de la luz de la luna dispersa . [24] Debido a que el resplandor del cielo no está polarizado en su mayor parte, puede inundar la señal más débil de la luna, haciendo imposible este tipo de navegación. [25] Cerca de las megaciudades costeras globales (por ejemplo, Tokio, Shanghai), los ciclos de iluminación natural proporcionados por la luna en el medio marino se ven considerablemente perturbados por la contaminación lumínica, y sólo las noches alrededor de la luna llena proporcionan mayores resplandores, y durante un mes determinado. Las dosis lunares pueden ser un factor 6 menores que las dosis de contaminación lumínica. [26]
Debido al resplandor del cielo, las personas que viven en áreas urbanas o cerca de ellas ven miles de estrellas menos que en un cielo no contaminado y, por lo general, no pueden ver la Vía Láctea . [27] Las vistas más débiles, como la luz zodiacal y la galaxia de Andrómeda, son casi imposibles de discernir incluso con telescopios.
Se ha observado que los efectos del brillo del cielo en relación con el ecosistema son perjudiciales para una variedad de organismos. La vida de las plantas y los animales (especialmente los que son nocturnos) se ve afectada a medida que su entorno natural queda sujeto a cambios antinaturales. Se puede suponer que el ritmo de desarrollo tecnológico humano excede el ritmo de adaptabilidad natural no humana a su entorno, por lo tanto, organismos como plantas y animales no pueden seguir el ritmo y pueden sufrir como consecuencia. [28]
Aunque el brillo del cielo puede ser el resultado de un fenómeno natural, la presencia de brillo artificial se ha convertido en un problema perjudicial a medida que la urbanización continúa floreciendo. Los efectos de la urbanización , la comercialización y el consumismo son resultado del desarrollo humano; Estos acontecimientos a su vez tienen consecuencias ecológicas. Por ejemplo, las flotas pesqueras iluminadas, las plataformas petrolíferas marinas y los cruceros provocan la interrupción de la iluminación nocturna artificial en los océanos del mundo. [29]
En conjunto, estos efectos se derivan de cambios en la orientación, desorientación o desorientación, y de la atracción o repulsión del entorno de luz alterada, que a su vez puede afectar la búsqueda de alimento, la dinámica depredador-presa, [ 30] [31] la reproducción, [32] migración y comunicación. Estos cambios pueden provocar la muerte de algunas especies, como ciertas aves migratorias , [33] criaturas marinas, [34] y depredadores nocturnos. [35]
Además del efecto sobre los animales, los cultivos y los árboles también son susceptibles de destrucción. La exposición constante a la luz tiene un impacto en la fotosíntesis de una planta, ya que una planta necesita un equilibrio entre sol y oscuridad para sobrevivir. A su vez, los efectos del resplandor del cielo pueden afectar las tasas de producción agrícola, especialmente en áreas agrícolas cercanas a los grandes centros urbanos. [ cita necesaria ]
