El resplandor del cielo (o resplandor del cielo ) es la luminancia difusa del cielo nocturno , aparte de fuentes de luz discretas como la Luna y 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 por la noche, incluidas las naturales como la luz de las estrellas , la luz zodiacal y el resplandor atmosférico . [1] [2]
En el contexto de la contaminación lumínica, el resplandor del cielo surge del uso de fuentes de luz artificial, incluida la iluminación eléctrica (o, raramente, de gas ) utilizada para iluminación y publicidad y de las antorchas de gas . [3] La luz que se propaga a la atmósfera directamente desde fuentes dirigidas hacia arriba o protegidas de forma incompleta, o después de reflejarse en el suelo u otras superficies, se dispersa parcialmente de vuelta hacia el suelo, produciendo un resplandor difuso que es visible desde grandes distancias. El resplandor del cielo de las luces artificiales se percibe con mayor frecuencia como una cúpula de luz brillante sobre ciudades y pueblos, pero es omnipresente en todo el mundo desarrollado .
La luz utilizada para cualquier propósito en el ambiente exterior contribuye al resplandor del cielo, a través de aspectos a veces evitables, como la protección deficiente de las luminarias, y a través de aspectos al menos parcialmente inevitables, como la señalización sin protección y el reflejo de superficies iluminadas intencionalmente. Parte de esta luz se dispersa luego en la atmósfera hacia el suelo por las moléculas y los aerosoles (véase § Mecanismo) y (si están presentes) las nubes, lo que causa el resplandor del cielo.
Las investigaciones indican que, cuando se observa desde cerca, aproximadamente la mitad del resplandor del cielo surge de emisiones directas hacia arriba y la otra mitad de emisiones reflejadas, aunque la proporción varía según los detalles de los accesorios de iluminación y el uso, y la distancia del punto de observación desde la fuente de luz. [4] [5] En la mayoría de las comunidades, la emisión directa hacia arriba promedia alrededor del 10-15%. [4] La iluminación completamente protegida (sin luz emitida directamente hacia arriba) reduce el resplandor del cielo aproximadamente a la mitad cuando se observa desde cerca, pero en factores mucho mayores cuando se observa desde la distancia.
El resplandor del cielo se amplifica significativamente por 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 lo oscurecen.
Existen dos tipos de dispersión de la luz que provocan el resplandor del cielo: la dispersión de moléculas como N 2 y O 2 (llamada dispersión de Rayleigh ) y la de los 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 haya, menos azul o más blanco parecerá el cielo. En muchas áreas, sobre todo en las urbanas, predomina la dispersión de aerosoles, debido a la gran 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 resplandor del cielo para las 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 resplandor del cielo, generalmente el contexto asumido en las discusiones sobre el resplandor del cielo, las fuentes ricas en longitudes de onda más cortas producen un resplandor 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-)candelas por metro cuadrado. [8] Los mapas de brillo del resplandor 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 resplandor 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 resplandor del cielo con nueve clases y proporciona una descripción detallada de cada posición en la escala. Los aficionados también utilizan cada vez más los medidores de calidad del cielo (SQM) que nominalmente miden en unidades fotométricas astronómicas de magnitudes visuales ( Johnson V) por segundo de arco cuadrado. [nota 1]
El brillo del resplandor del cielo que surge de fuentes de luz artificial disminuye 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 está dada por
que se conoce como “Ley de Walker”. [13]
La Ley de Walker ha sido verificada por la observación [13] [9] para describir tanto las mediciones del brillo del cielo en cualquier punto o dirección dados en el cielo causados por una fuente de luz (como una ciudad), como para mediciones 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 50 km) el brillo cae más rápidamente, en gran parte debido a la extinción y los efectos geométricos causados por la curvatura de la Tierra.
Diferentes fuentes de luz producen diferentes cantidades de resplandor visual del cielo. El efecto dominante surge del desplazamiento de Purkinje , y no como comúnmente se afirma de la dispersión de Rayleigh de longitudes de onda cortas (ver § Mecanismo). [7] [14] Al observar el cielo nocturno, incluso desde áreas moderadamente contaminadas por la 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 adaptado a la luz o fotópico . Predominantemente debido a este efecto, las fuentes de luz blanca como el haluro metálico , fluorescente o LED blanco pueden producir hasta 3,3 veces el brillo del resplandor visual del cielo de la lámpara de sodio de alta presión más común en la actualidad , y hasta ocho veces el brillo del sodio de baja presión o LED de fosfuro de indio, galio y aluminio ámbar .
En detalle, los efectos son complejos, dependiendo tanto de la distancia desde la fuente como de la dirección de observación en el cielo nocturno. Pero los resultados básicos de la investigación reciente son inequívocos: suponiendo un flujo luminoso igual (es decir, cantidades iguales de luz visible) y características ópticas coincidentes de los dispositivos (en particular la cantidad de luz que se permite irradiar directamente hacia arriba), las fuentes blancas ricas en longitudes de onda más cortas (azul y verde) producen un resplandor del cielo dramáticamente mayor que las fuentes con poco azul y verde. [16] El efecto de la dispersión de Rayleigh en 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 en algunas organizaciones de defensa del cielo oscuro (por ejemplo, la International Dark-Sky Association ) sobre las consecuencias del resplandor del cielo al reemplazar los sistemas de iluminación vial de sodio de alta presión actualmente prevalecientes con LED blancos descuida cuestiones críticas de la sensibilidad espectral visual humana, [17] o se centra exclusivamente en las fuentes de luz LED blancas, o centra las preocupaciones estrechamente en la parte azul (<500 nm) del espectro. [18] [19] Todas estas deficiencias conducen a la conclusión incorrecta de que los aumentos en el brillo del resplandor del cielo que surgen del cambio en el espectro de la fuente de luz son mínimos, o que las regulaciones de contaminación lumínica que limitan el CCT de los LED blancos al llamado "blanco cálido" (es decir, CCT <4000K o 3500K) evitarán aumentos del resplandor del cielo. [16] Una mayor eficiencia (eficiencia en la distribución de la luz sobre el área objetivo, como la carretera, con una menor cantidad de "desperdicios" que caen fuera del área objetivo [20] y patrones de distribución más uniformes [ cita requerida ] ) puede permitir a los diseñadores reducir las cantidades de iluminación. [ cita requerida ] Pero no se ha demostrado una mejora en la eficiencia suficiente para superar la duplicación o triplicación del resplandor del cielo que surge de un cambio a un LED blanco cálido desde 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 generalmente 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 sistemas biológicos, [22] incluidos los humanos. El resplandor del cielo es un problema primordial para los astrónomos , porque reduce el contraste en el cielo nocturno hasta el punto de que puede llegar a ser 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 dispersa de la luna . [24] Debido a que el resplandor del cielo es mayoritariamente no polarizado, 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, Shanghái), los ciclos de iluminación natural proporcionados por la luna en el entorno marino se ven considerablemente alterados por la contaminación lumínica, y solo las noches alrededor de la luna llena proporcionan mayores radiaciones, y durante un mes determinado las dosis lunares pueden ser un factor de 6 menos que la 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 comúnmente no pueden ver la Vía Láctea . [27] Las vistas más tenues, como la luz zodiacal y la galaxia de Andrómeda, son casi imposibles de discernir incluso con telescopios.
Se ha observado que los efectos del resplandor del cielo en relación con el ecosistema son perjudiciales para una variedad de organismos. Las vidas de las plantas y los animales (especialmente los que son nocturnos) se ven afectadas a medida que su entorno natural se ve sujeto a cambios no naturales. Se puede suponer que la tasa de desarrollo tecnológico humano excede la tasa de adaptabilidad natural no humana a su entorno, por lo tanto, los organismos como las plantas y los animales son incapaces de seguir el ritmo y pueden sufrir las consecuencias. [28]
Aunque el resplandor del cielo puede ser el resultado de un fenómeno natural, la presencia de resplandor artificial en el cielo 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 el resultado del desarrollo humano; estos desarrollos a su vez tienen consecuencias ecológicas. Por ejemplo, las flotas pesqueras iluminadas, las plataformas petrolíferas en alta mar 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 atracción o repulsión por el entorno lumínico alterado, lo que a su vez puede afectar la búsqueda de alimento, la dinámica depredador-presa, [30] [31] 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 de los efectos sobre los animales, los cultivos y los árboles también son susceptibles de ser destruidos. La exposición constante a la luz tiene un impacto en la fotosíntesis de una planta, ya que esta 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 grandes centros urbanos. [ cita requerida ]