Verdwijnende sterren: de zichtbaarheid van sterren aan de nachtelijke hemel neemt sneller af dan eerder werd gedacht
Dat blijkt uit een onderzoek in het tijdschrift Wetenschap gebaseerd op een wereldwijd Citizen Science-project over lichtvervuiling dat de afgelopen elf jaar gegevens heeft verzameld.
Mensen over de hele wereld zien steeds minder sterren aan de nachtelijke hemel. De verandering in de zichtbaarheid van sterren kan worden verklaard door een toename van de helderheid van de lucht met 7-10 procent per jaar. De snelheid van verandering is sneller dan satellietmetingen van kunstmatige lichtemissies op aarde in eerste instantie zouden suggereren. Dat blijkt uit een studie gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap, uitgevoerd door een onderzoeksgroep onder leiding van Christopher Kyba van het GFZ German Research Center for Geosciences en de Ruhr-Universität Bochum met collega’s van de GFZ en het NOIRLab van de Amerikaanse National Science Foundation. Ze analyseerden meer dan 50.000 waarnemingen met het blote oog door burgerwetenschappers over de hele wereld van 2011 tot 2022 als onderdeel van het « Globe at Night » Citizen Science Project. De resultaten laten zien dat burgerwetenschappelijke data een belangrijke aanvulling zijn op eerdere meetmethoden.
Lichte vervuiling achtergrond
Over een groot deel van het landoppervlak van de aarde blijft de lucht lang na zonsondergang gloeien met een kunstmatige schemering. Deze « skyglow » is een vorm van lichtvervuiling die ernstige gevolgen heeft voor het milieu en daarom de focus van onderzoek zou moeten zijn, zoals Constance Walker, co-auteur van de studie en hoofd van het Globe at Night-project van NSF’s NOIRLab sinds de oprichting , benadrukt. Veel gedragingen en fysiologische processen van levende wezens worden immers bepaald door dagelijkse en seizoenscycli – en dus beïnvloed door licht. « Skyglow treft zowel dag- als nachtdieren en vernietigt ook een belangrijk deel van ons cultureel erfgoed », zegt Walker. Het uiterlijk van de nachtelijke hemel verandert, met negatieve gevolgen voor sterrenkijken en astronomie.
Behoefte aan geschikte meetmethoden
De verandering in skyglow in de loop van de tijd is niet eerder wereldwijd gemeten. Hoewel het in principe zou kunnen worden gemeten door satellieten, hebben de enige stroomsensoren die de hele aarde bewaken niet voldoende nauwkeurigheid of gevoeligheid.
Een kansrijke benadering is dan ook om het waarnemingsvermogen van mensen met het menselijk oog als sensor te benutten en daarbij – in het kader van Citizen Science-experimenten – uit te gaan van de kracht van de massa. Het project ‘Globe at Night’, geïnitieerd door het NOIRLab van de Amerikaanse National Science Foundation, loopt sinds 2006. Aan dit project kunnen mensen van over de hele wereld deelnemen.
Met burgerwetenschap…
Deelnemers kijken naar hun nachtelijke hemel en melden vervolgens welke van een set van acht sterrenkaarten het beste overeenkomt met wat ze zien met behulp van een online formulier. Elke kaart toont de lucht onder verschillende niveaus van lichtvervuiling.
« De bijdragen van individuele mensen werken samen alsof ze een wereldwijd sensornetwerk zijn, waardoor nieuwe wetenschap mogelijk wordt », zegt Christopher Kyba van het GFZ Duitse onderzoekscentrum voor geowetenschappen in Potsdam en de Ruhr-universiteit in Bochum. Samen met zijn GFZ-collega Yigit Öner Altıntas en Constance E. Walker en Mark Newhouse van NOIRLab heeft hij gegevens geanalyseerd van 51.351 deelnemers over de hele wereld, genomen op wolken- en maanvrije nachten tussen 2011 en 2022. Ze zijn verkregen van 19.262 locaties wereldwijd , waaronder 3.699 locaties in Europa en 9.488 locaties in Noord-Amerika.
Om uit deze gegevens een veranderingssnelheid van de hemelhelderheid te berekenen en om rekening te houden met het feit dat de waarnemers zich in de loop der jaren ook op verschillende locaties bevonden, maakten ze gebruik van een globaal model voor de hemelhelderheid op basis van satellietgegevens uit 2014.
…tot verrassende bevindingen
« De snelheid waarmee sterren onzichtbaar worden voor mensen in stedelijke omgevingen is dramatisch », somt Christopher Kyba, hoofdauteur van het onderzoek, op. De onderzoekers ontdekten dat de verandering in het aantal zichtbare sterren kan worden verklaard door een toename van de helderheid van de nachtelijke hemel. In Europa, ontdekten ze dat een toename van de helderheid met 6,5 procent per jaar overeenkwam met de gegevens; in Noord-Amerika is dat 10,4 procent.
Om deze cijfers in een meer begrijpelijke context te plaatsen, legt Kyba de gevolgen uit voor het zien van sterren op een plaats met een toename van 9,6 procent per jaar, wat het gemiddelde was over alle locaties wereldwijd. “Als de ontwikkeling in dat tempo doorgaat, kan een kind dat geboren wordt op een plek waar 250 sterren zichtbaar zijn, daar op zijn 18e nog maar 100 sterren zien.”
Op basis van de langzamere groei van opwaartse emissies in satellietgegevens, waren de onderzoekers verrast door de snelheid van deze ontwikkeling in skyglow. Voor de locaties van de waarnemers was de kunstmatige helderheid gemeten door de satelliet zelfs iets afgenomen (met 0,3 procent per jaar in Europa, met 0,8 procent in Noord-Amerika).
Oorzaken voor het verschil tussen metingen vanaf de aarde en vanuit de ruimte
Christopher Kyba is van mening dat het verschil tussen menselijke waarneming en satellietmetingen waarschijnlijk te wijten is aan veranderingen in verlichtingspraktijken: “Satellieten zijn het meest gevoelig voor licht dat naar boven gericht is naar de hemel. Maar het is horizontaal uitgestraald licht dat verantwoordelijk is voor het grootste deel van de luchtgloed’, legt Kyba uit. « Dus als advertenties en gevelverlichting frequenter, groter of helderder worden, kunnen ze een grote impact hebben op skyglow zonder veel verschil te maken op satellietbeelden. »
Een andere factor die de auteurs noemen, is de wijdverspreide overstap van oranje natriumdamplampen naar witte leds, die veel meer blauw licht uitstralen. « Onze ogen zijn ‘s nachts gevoeliger voor blauw licht en blauw licht wordt eerder in de atmosfeer verstrooid, dus draagt het meer bij aan skyglow », zegt Kyba. « Maar de enige satellieten die ‘s nachts de hele aarde in beeld kunnen brengen, zijn niet gevoelig in het golflengtebereik van blauw licht. »
Grenzen van de studie en verdere mogelijkheden
De Citizen Science-benadering heeft echter ook zijn beperkingen. Het aantal deelnemers uit verschillende delen van de wereld bepaalt bijvoorbeeld het belang van ruimtelijke en temporele trends. Tot nu toe hebben mensen uit Noord-Amerika en Europa de grootste deelname aan het experiment gehad, en de helft van de Aziatische bijdragen komt uit één enkel land: Japan. « De meeste gegevens komen uit de regio’s van de aarde waar skyglow momenteel het meest voorkomt. Dat is handig, maar het betekent dat we niet veel kunnen zeggen over verandering van de luchtgloed in regio’s met weinig waarnemingen”, benadrukt Kyba. Vooral in ontwikkelingslanden worden snelle veranderingen in kunstmatige skyglow vermoed, maar tot nu toe zijn er weinig waarnemingen.
Twee conclusies: Verlichtingsbeleid en Citizen Science
De onderzoekers trekken twee hoofdconclusies uit hun bevindingen: enerzijds tonen ze aan dat het huidige verlichtingsbeleid, zoals het gebruik van leds, nog geen verbetering heeft gebracht, althans op continentaal niveau, ondanks een groeiend bewustzijn van lichtvervuiling .
“Anderzijds hebben we kunnen aantonen dat de Citizen Science-data een belangrijke aanvulling vormen op de eerdere meetmethodes”, benadrukt Kyba.
Constance Walker voegt eraan toe: “Als we een bredere deelname hadden, zouden we trends voor andere continenten kunnen identificeren, en mogelijk zelfs voor individuele staten en steden. Het project loopt, dus neem gerust een kijkje vanavond en laat ons weten wat je ziet!”
Referentie: « Burgerwetenschappers melden wereldwijde snelle verminderingen van de zichtbaarheid van sterren van 2011 tot 2022 » 19 januari 2023, Wetenschap.
DOI: 10.1126/science.abq7781
