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在即将到来的3月28日（本周六）将开展一年一度的“地球一小时”（earth hour）活动，该活动的主题是让人类充分认识到“光污染”对我们的生活与自然环境的危害，促进人类与自然万物共同和谐发展。中国活动网站：http://www.earthhour.org.cn。

光污染（light pollution）指的是非必要或多余的强迫光对人类与地球自然生态造成的不利影响，包括白天的白亮污染（如建筑物反射太阳光）和夜晚的人工白昼污染与彩光污染。光污染对健康、生态环境、安全、节能、文化、科学研究等方面造成了巨大影响，成为国际关注的重要问题。

上图：几种夜晚的常见光污染类型（来自国际暗夜协会IDA）

对热爱星空的人们和天文学家来说，光污染最大的影响莫过于其对观星与天文观测的严重干扰：据统计，随着光污染的日益严重，已使得世界上约80%以上的人尤其是青少年失去了欣赏黑暗夜空中的璀璨星空与美丽银河这份宝贵自然与文化遗产的机会！与此同时，不少望远镜和天文台也由于周边光污染的加剧而无法继续从事天文观测研究工作，有些还不得不另觅栖生之地。

上两图：世界范围及我国山东半岛地区的人造夜天光亮度测量地图（来自人造卫星与空间站的太空拍照测量结果）

央视科教频道以下的这段科普片（节选）

介绍了光污染对天文观测与天文台的影响：

那么，为什么光污染会让原本闪耀的繁星看不见，使得天文观测越来越困难呢？这与光污染造成夜天光背景严重增亮有关：夜天光背景（night sky background）是指在夜晚天空背景的亮度特征，它是由自然光或人造光照射到地球大气或星际空间中的云雾及尘埃粒子后被散射而形成的。其中的自然光包括：月光，即曹操《短歌行》中所谓“月明星稀”；大气辉光，地球大气电离层中的离子（如氧、钠等）复合产生的荧光发射；黄道光与银道光，太阳系黄道面与银河系银道面内的尘埃散射星光。当然其中对天文观测影响最大的还是月光，所以我们需要尽量在无月夜（即农历初一附近）去观星。

上图：不同月相时夜天光亮度的变化趋势，可见满月时天光要比无月夜亮几十到上百倍！

上图：星空与黄道光

而这里我们最关心的还是人造光的影响，各种由于设计或使用不善而向夜空上射的人造光源（即朝天光）：如设计不合理的路灯、商场大楼的霓虹灯、居民住宅不拉窗帘的照明灯等。这些人造光线照射到地球的大气层后，被其中的云雾、气溶胶或大气污染物所散射而形成了明亮的漫射“天幕”，即明亮的夜天光背景。天光背景增亮对天文观测的影响主要包括两大方面：

一：造成观测天体的反差降低

明亮的夜天光背景会造成观测天体的反差降低，继而影响观测的极限星等（即可以看到最暗星的星等值）。经简单估算，如果天光背景亮度的增加量为自然背景亮度的a倍，则反差将降为原来的1/(a+1)，对应于极限星等将下降Δm=-2.5lg(a+1)等。例如如果由于人造光污染造成天光亮度增加为原来的5倍，则可观测到的最暗星的星等将增亮近2等！（就好比我们之前可以看到约2等的北极星，而现在却只能看到0等的织女星了！）

二：造成观测天体的信噪比降低

明亮的夜天光背景还会造成观测天体的信噪比降低。信噪比即为观测天体得到的信号（Signal）与噪声（Noise）之比，记为S/N，S/N越大说明观测效果越好、可靠性越高。因为对于较暗的观测对象，信噪比S/N是与天光背景亮度的平方根成反比的。同样的，如果天光背景亮度增加a倍，则信噪比将降低为原来的1/(a+1)^1/2 。例如如果由于人造光污染造成天光亮度增加为原来的5倍，则观测天体的信噪比将降低为原来的~40%。信噪比的显著下降对于天文科研观测的影响是致命的，导致其无法观测研究较暗的天体，好像得了”白内障“！

上图：不同天光背景（左上-->右下：亮-->暗）下拍摄的旋涡星系的CCD图像

上表：不同天光背景亮度所对应的信噪比S/N变化（取自谭徽松等《光污染和光学天文台址保护》）

当然，夜天光背景亮度的增加不仅与朝天照射的人造光强度有关，也与地球大气中的空气分子、水分和尘埃颗粒物（气溶胶）散射光的能力有关。例如在地球的高海拔地区（如西藏或南极内陆），空气非常稀薄且清澈，因此其对光的散射能力也自然很低，所以在那里甚至可以用一根手指就将太阳光完全遮挡。而在城市的大气中含有大量尘粒，尤其是近年来的雾霾天气，会大大增加光害对夜天光背景增亮的程度（当然也会严重削弱星光），如下图，可见天光背景亮度（纵坐标）与大气消光量成正相关，显示了尘埃颗粒对光污染增加的“助推”作用。与此同时，有最新的研究结果还显示光污染还可能由于对夜间大气中清洁烟尘化学反应产生干扰而反过来加重空气污染的程度！

上图：天光背景亮度与大气消光量（即尘粒散射吸收的程度）的关系

另外，如果在我们观星者附近或望远镜周围有比较亮的人造光源，这些光也可能直接或经过反射进入我们的眼睛或望远镜之中，一般称为眩光和杂散光。对于目视观测而言，较强的杂散光会刺激我们的眼睛造成瞳孔收缩，进而严重影响其观察暗弱天体的能力，极强的眩光甚至还会引起眼睛不适甚至部分失去视觉；而对于望远镜而言，杂散光也会进入光路增加噪声背景，降低观测效果和信噪比。所以我们需要在观星时尽量避开附近的较强光源（如路灯等）的干扰并把头部用帽子或毯子遮挡起来，在天文望远镜附近更要消除亮光源并采用圆顶及遮光设备等减低杂散光。

光污染对我国天文台的影响

随着我国经济的快速发展，光污染对我国主要天文观测台站的影响问题也越来越显著：建于1934年位于南京的紫金山天文台，早已无法进行夜天文的科学观测研究；而观测条件相对较好的建于城市近郊的上海天文台佘山站和云南天文台总部凤凰山，也由于城市发展导致其光污染在近几十年快速增长，现在已很难进行较暗天体的观测研究了。我国最大的光学天文观测基地，位于河北省兴隆县燕山山脉海拔约900米的国家天文台兴隆观测站，建有曾经的远东“镜王”2.16米望远镜和国家大科学工程—郭守敬望远镜（LAMOST），近年来其观测效果也受到了来自京津冀地区光害的干扰（见下图和下表）。而建于2007年的山东大学威海天文台（暨威海市天文台），近十多年来也感受到天光背景亮度的显著增加。

目前国际上的大型天文台都已制订了相关法律法规控制周边的光污染对天文观测研究的影响，我国新建的如西藏阿里天文台等也在附近建立了暗夜自然保护区以保障其台址条件。国际天文学联合会（IAU）还建立了专门的B7委员会（Commission B7）致力于保护已有及潜在的天文台址以避免其遭受各种波段电磁辐射的污染（包括可见光污染及无线电波干扰等）。

上图：在国家天文台兴隆观测站拍摄的由于周边城市造成的夜空增亮

上表：从2004年到2015年国家天文台兴隆观测站的平均夜天光背景亮度比较

上图：2008年12月在山大威海天文台拍摄的“双星伴月”天象

如何减小光污染的影响？

那么我们如何减小光污染尤其是其对天文观测的影响呢？我么可以：

1、避免不必要和过强的光照；

2、使用好的照明设备：选择能够避免或减少光污染的照明设备（不发或少发出朝天光，亮度适当，只照到需要照亮的区域或对象，如下图对照明灯灯罩的合理设计）；

3、采用高效率且波段范围较窄的光源（比如低压钠灯），其光辐射可较容易的使用光害滤光片滤除掉，不太影响在其他波段的天文观测。而新型的环保节能LED灯（如琥珀色LED灯）要比传统的4000K白光LED灯对光污染的影响小得多也更有益于人的睡眠健康；

4、对照明设备进行时间控制，需要时照明，不需要时关闭（如声控光控开关、定时开闭路灯等）。

上图：不好（左）及较好（右）的照明灯设计，要将绝大部分光集中于地面等需要的地方，减少朝天光。

上图：不好（左）及较好（右）照明的效果比较，上图为停车场，下图为某小镇

当然，喜爱星空的人们还可以远离大城市，到郊区和农村去欣赏繁星和银河。例如威海周边的荣成成山头、文登圣经山、荣成槎山等地就有着相对较好的观星条件。要想获得更好的观星效果，还可以到诸如国家公园、暗夜公园（dark sky park）与保护区等天空更加黑暗的地方，如我国西部的西藏、新疆、青海、宁夏、甘肃、内蒙古等地，在旅行及感受自然魅力的同时欣赏拍摄美丽的星空。与此同时，大家也可以积极参加通过观察星空测量评估光污染的一些主题活动，如“全球数星活动”（Globe at Night，请见："全球数星活动”（Globe at Night）— 一起来认识星空、提升暗夜保护意识 ），以提高公众对日益严峻的光污染影响的认识。

上图：威海荣成成山头的缆车与银河

上图：在青海海西水上雅丹景区拍摄的星空与银河

保护大自然赠予人类的宝贵的自然与文化遗产—我们头顶这片美丽的黑暗夜空，是你我共同的责任！

让我们一起行动起来吧！也请关注我们的2020年“地球一小时”暗夜保护科普活动的系列科普与宣传推送。

最后，请欣赏由国际暗夜协会（IDA）

制作的关于暗夜保护的小短片：

“Losing the Dark”（中文配音）：

山东大学威海天文台（暨威海市天文台）

山东大学空间科学研究院

山东大学空间科学与物理学院

山东大学（威海&青岛）天文协会

2020.3.25

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