Una imagen compuesta de la Tierra durante la noche hecha usando datos del instrumento “Visible Infrared Imaging Radiometer Suite” (VIIRS) a bordo de la nave espacial Suomi NPP. Foto de la NASA.
Miles de millones de personas en todo el mundo sufren de forma rutinaria la contaminación lumínica en forma de resplandor o brillo en el cielo (skyglow), la siempre presente “niebla” de luz sobre las ciudades por la noche. Se trata de la luz proveniente del suelo que dispersada en la atmósfera vuelve a nuestros ojos, tapando las estrellas.
Pero una parte de esa luz se las arregla para recorrer todo el camino a través de la atmósfera y escapar al espacio. Los satélites que orbitan la Tierra interceptan algo de esa luz, y sus cámaras proporcionan una valiosa evidencia no sólo de los lugares en donde se utiliza la luz artificial durante la noche en el mundo, sino también de la forma en la que cambia con el tiempo. Una variedad de fuentes disponibles en la web ayudan a los entusiastas de los cielos oscuros en todo el mundo a acceder a las imágenes de estos satélites, para comprender mejor la luz, en sus propios ambientes locales.
Cómo la luz es dispersada (scatter) creando contaminación lumínica y resplandor (brillo) en el cielo (skyglow).
La ilustración muestra cómo algo de la luz que emitimos en el suelo termina en las lentes de las cámaras a bordo de los satélites.
La luz del alumbrado público emite en muchas direcciones diferentes. Algunos de los rayos de luz ( “1”) se dirigen hacia el cielo y viajan a través de toda la atmósfera de la Tierra. De estos rayos, unos pocos ( “2”) serán detectados por los satélites cuando pasan sobre el lado nocturno del planeta. En otros casos ( “3”), los rayos se dispersan de nuevo hacia el piso por las partículas de polvo o moléculas en la atmósfera, formando el conocido resplandor o brillo del cielo (“skyglow”) visto en las ciudades. De vez en cuando, los rayos dirigidos hacia abajo ( “4”) se reflejan fuera de laTtierra hacia el cielo, donde podrían escapar de la atmósfera y ser vistos por los satélites. Por último, algunos rayos dispersados hacia abajo ( “5”) se dirigen hacia los telescopios de los astrónomos, bloqueando su visión del universo.
La cantidad de luz detectada por los satélites es una buena estimación básica, del total de la cantidad de luz emitida o dispersada hacia arriba desde el suelo. Si hacemos algunas suposiciones acerca de la cantidad de luz que viene de vuelta a la Tierra como resultado de la reflexión o dispersión en la atmósfera, entonces podemos trabajar hacia atrás para calcular la cantidad de luz que debe haber dejado el suelo.Partiendo de esto, los investigadores pueden recoger una gran cantidad de información interesante sobre el uso de la luz por los seres humanos en particular, y sobre los patrones de su comportamiento global en general.
La historia de la obtención de datos de la luz en la noche con satelitales.
Algunos de los primeros satélites artificiales, puestos en marcha en la década de 1960 para controlar el tiempo, podían ver las luces nocturnas de la Tierra, pero sus cámaras no eran lo suficientemente potentes como para hacer mediciones científicamente útiles. Casi al mismo tiempo, el Departamento de Defensa de Estados Unidos inició su Programa de Satélites Meteorológicos de Defensa (DMSP son sus siglas en Ingés) para reunir información sobre el clima en apoyo de las prioridades militares estadounidenses. Durante una parte de cada órbita de un satélite DMSP , éste se encuentra en la sombra de la Tierra en el lado nocturno de nuestro planeta, en donde sus cámaras no sólo ven las nubes y continentes, sino también las luces de nuestras ciudades.
En diciembre de 1972, el DMSP fue desclasificado y se pusieron a disposición sus datos a la comunidad científica civil. Los investigadores de la contaminación lumínica se dieron cuenta inmediatamente del valor de esta nueva fuente de datos. Modelos de cómo viaja la luz a través de la atmósfera terrestre predicen las fracciones de la luz que se escapa hacia el espacio o la dispersada de nuevo a la tierra, y las imágenes DMSP podían ser utilizadas como un medio fundamental de verificación de esas predicciones. Al principio, estos controles se realizaron en las imágenes DMSP individuales, que sólo mostraban una pequeña parte de la Tierra a la vez.
En el 2001, un ” Atlas del mundo ‘de la luz artificial durante la noche fue publicado, realizado a partir de imágenes individuales tomadas en las noches sin nubes y sin luna. A través de una cuidadosa calibración de los datos y un modelo de cómo la luz se transmite a través de la atmósfera de la Tierra, el Atlas Mundial proporcionó las primeras mediciones globales de la cantidad de luz causada por el hombre. Sin embargo, debido a que el propósito de la DMSP fue pronosticar el tiempo, las cámaras a bordo de los satélites DMSP no tenían la capacidad de ver detalles finos en el suelo. Muchas ciudades se veían simplemente como parches brillantes de luz, sin gran detalle.
Más recientemente, en el 2011, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA) lanzó la Asociación Nacional Suomi órbita polar, o Suomi NPP, vía satélite. Suomi NPP llevó una cámara llamada Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS). Esta cámara está equipada con algunos de los mejores sensores y lentes que vuelan en misiones espaciales civiles, y ha transformado la forma en que vemos la Tierra por la noche. Considerando que las imágenes nocturnas de los satélites DMSP podían ver objetos tan pequeños como de unos 3 kilómetros de tamaño, VIIRS pueden ver objetos de menos de 1 kilómetro. Como resultado, podemos ver detalles finos tales como carreteras y circunvalaciones de ciudades. Puede leer más acerca de las capacidades técnicas de DMSP y VIIRS aquí .
El enorme caudal de datos producidos por los satélites DMSP y Suomi NPP está ahora disponible para el público. Éstos son algunos sitios web donde se pueden ver las imágenes por sí mismo.
La Bola Azul (Blue Marble).
Este sitio toma imágenes tanto de DMSP como de VIIRS y las superpone en un sistema interactivo de Google Maps que permite a los usuarios desplazarse sobre la Tierra, y acercar y alejar en áreas particulares de interés. Un mapa de cada ejercicio desde el 2008 hasta el 2015 están a disposición, con la excepción del 2011. La comparación de diferentes años muestra cómo la cantidad de luz en cualquier lugar particular en la Tierra está cambiando. En la figura siguiente, que muestra la región del Mediterráneo oriental (fila superior) y un zoom sobre la zona suroeste de Londres, Reino Unido (fila inferior), ilustra cómo la resolución de las imágenes mejoró significativamente después de que se dispuso de los datos de VIIRS en el 2012.
La figura muestra la región del Mediterráneo oriental (fila superior) y un zoom sobre la zona suroeste de Londres, Reino Unido (fila inferior),e ilustra cómo la resolución de las imágenes mejoró significativamente después de que se dispuso de los datos de VIIRS en el 2012.
Tenga en cuenta que a pesar de que los mapas del 2012 y 2015 son de la misma fuente, se ven muy diferentes. A partir del 2012 las Imágenes se presentan de una manera que hace hincapié en la luz tenue en las zonas rurales, consecuencia de los núcleos de luz de la ciudad, que son brillantes y sin rasgos distintivos. Las imágenes de los mapas del 2013-15, en comparación, se escalan de manera que refleje con precisión las grandes diferencias en el brillo dentro de las ciudades, pero hace que las zonas rurales aparezcan especialmente oscuras. En la siguiente imagen, que abarca unos 250 kilómetros y centrado en la ciudad estadounidense de Chicago, se muestra la luz de la noche en la zona metropolitana de Chicago resolviendo las ciudades y suburbios individuales.
La imagen, que abarca unos 250 kilómetros centrada en la ciudad estadounidense de Chicago, muestra la luz de la noche en la zona metropolitana de la ciudad resolviendo las ciudades y suburbios individuales. Crédito: NASA/VIIRS
Los lectores interesados pueden obtener los últimos datos de VIIRS directamente a través de la página web de la NOAA. Ambos tipos de imágenes promediadas en forma diaria y mensual están disponibles.Tenga en cuenta, sin embargo, que estos son archivos muy grandes!
Jurij Stare, de Eslovenia, creó un sitio web como el de la”Bola Azul”, pero con una característica adicional: los mapas de iluminación están calibrados en unidades reales, permitiendo a los usuarios hacer comparaciones simples (pero cuantitativas) de la cantidad de luz dirigida hacia arriba en diferentes partes del mundo. En su sitio web se superponen imágenes de DMSP y VIIRS sobre un mapa interactivo Bing.
La imagen es un ejemplo de los mapas del sitio Lightpollution.info; se muestra el noroeste de Europa, que contiene algunos de los territorios con más contaminación lumínica en el mundo, junto con un cuadro (derecha) que muestra el significado de los colores en una escala de unidades físicas. La escala de colores en este mapa es especialmente útil en la evaluación de la cantidad de luz en las áreas rurales proyectada desde las ciudades .
El poder real de los mapas BlueMarble y Lightpollution.info se encuentra en la capacidad de poder observar a las regiones de la Tierra a través del tiempo para ver si la cantidad de luz que sale de ellas está cambiando para mejor o peor.
En esta vista se comparan imágenes VIIRS del Delta del río Niger en el sur de Nigeria en el 2012 (izquierda) y el 2015 (derecha). El aumento dramático en la luz entre estos dos años es debido al aumento de la extracción de petróleo en esta región, siendo en este momento de más de 2 millones de barriles de petróleo por día.
El Nuevo Atlas del Mundo del brillo artificial del cielo.
Publicado por primera vez en el 2001 , este mapa interactivo del mundo presenta los datos satelitales en forma un poco diferente a otros sitios. En lugar de elegir los colores para indicar la cantidad total de luz recibida por los sensores del satélite, el Atlas Mundial utiliza los colores para mostrar la cantidad de luz medida en el suelo atribuible a fuentes artificiales, dispersada hacia abajo por la atmósfera de la Tierra. Sobre la base de la luz real medida por el satélite y un modelo de cómo la luz se refleja a través del aire, los investigadores pueden predecir la parte de la cantidad de luz que se dirige hacia el cielo que termina en el suelo. Esto da una idea de la cantidad de resplandor o brillo del cielo (“skyglow”) que existe, que tapa nuestra visión de las estrellas en el cielo nocturno.
Mientras que los mapas del Atlas Mundial superficialmente se parecen a los de los mencionados sitios web, hay un “resplandor”o brillo más aparente en zonas alejadas de los centros urbanos, como se ve en esta vista de Australia:
Imagen de Australia en el Atlas Mundial mostrando con el color gris la contaminación lumínica en zonas alejadas de los centros urbanos, proveniente de estos últimos.
El número de colores es mayor, lo que permite distinguir en forma más fina entre los niveles de luz artificial. Por ejemplo, los contornos exteriores grises anteriores indican un cielo artificial con niveles de brillo sólo del 5% por encima del fondo natural, lo que indica cielos muy oscuros. La extensión de las regiones grises muestra que la luz de las ciudades llega mucho más lejos en las zonas rurales de lo que los investigadores creían anteriormente. Este tipo de representación de los datos de los satélites también hace que sea más fácil distinguir los sitios con cielos nocturnos esencialmente “vírgenes”, no afectados por la contaminación lumínica.
Una nueva e importante actualización del Atlas Mundial fue publicada en Junio del 2016, con la incorporación de los últimos análisis de los datos de VIIRS. Tenga en cuenta que los usuarios de Google Earth pueden descargar una superposición KMZ para la proyección de los mapas del Atlas Mundial sobre el globo.
Ultimamente, existe otra fuente adicional de imágenes de las luces nocturnas en la Tierra: los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional. Con el uso de cámaras SLR digitales y una montura de seguimiento de la Tierra , los astronautas han acumulado miles de este tipo de imágenes.
El Proyecto “Cities at Night” (Ciudades en la Noche) tiene como objetivo la identificación de ciudades en las imágenes tomadas por los astronautas aportadas por los ciudadanos del mundo es decir un trabajo de identificación distribuido entre los ciudadanos del planeta (crowdsourcing en inglés) . Las ciudades en muchas de las imágenes de los astronautas son desconocidas, ya que la información de posición grabada por la Estación Espacial sólo se refiere al punto de la Tierra exactamente por debajo de su trayectoria de vuelo, mientras que las imágenes de los astronautas son a menudo tomadas en direcciones mirando a los lados del camino recorrido por la ISS.El Proyecto “Ciudades por la Noche” se basa en la familiaridad de los usuarios con sus propias ciudades para reconocer los patrones de carreteras y otras estructuras iluminadas que aparecen en las imágenes. Las imágenes identificadas se presentan sobre una base de Google Maps con marcadores que señalan a las imágenes originales. El siguiente ejemplo muestra una imagen identificada de Beijing, China.
La imagen superior muestra cómo se presenta una ciudad en los mapas del Proyecto “Cities at Night”. En la imagen inferior se muestra una toma nocturna de Beijing desde la ISS. Crédito: “Cities at Night” y NASA/ESA.
Debido a la órbita baja de la Estación Espacial – con un promedio de cerca de 410 kilómetros sobre la superficie de la Tierra -las imágenes de las ciudades tomadas por los astronautas tienen la resolución más alta de todas. Muestran carreteras, aeropuertos, incluso edificios individuales iluminados. También nos dicen cómo están cambiando los colores de las ciudades por la noche.
Estas dos imágenes son de la ciudad italiana de Milán, tomadas a bordo de la Estación Espacial Internacional en el 2012 (izquierda) y en el 2015 (derecha). Crédito: NASA/ESA.
El centro de la ciudad de Milán se convirtió notoriamente a un color más azul en el ínterin después de que se remplazó en Milan gran parte de su iluminación de propiedad municipal de lámparas de vapor de sodio de baja presión a lámparas LED blancas. Otros instrumentos, como el VIIRS, también están detectando estos cambios. Tenga en cuenta, sin embargo, que el VIIRS no es especialmente sensible a la luz azul adicional emitida por los nuevos sistemas de iluminación de calles con lámparas LED blancas, por lo que las imágenes de VIIRS de las ciudades que han hecho el cambio a LED (como Milán) parecen haberse vuelto más oscuras en los últimos años, a pesar de que no es así.
¿Qué otra información interesante acerca de nuestro planeta (y sus habitantes) se encuentran a la espera de ser descubierta en imágenes de la Tierra desde la órbita en la noche? Echar un vistazo por ti mismo!
Fuente: International Dark Sky Association (IDA). Artículo original: “Eyes In The Sky: Exploring Global Light Pollution With Satellite Maps“.
Material relacionado:
Sobre la Polución Lumínica:
- Wikipedia/Contaminación lumínica.
- Ask an Astronomer/How does light pollution affect astronomers?, Dave Kornreich.
- Florida Atlantic University (FAU)-Dept. of Physics//Light Pollution Hurts the Night Sky for Astronomy
- UCLA/Santa Clara Valley Lighting and Lick Observatory/Light Pollution from cities y también Astronomy and Sky Brightness.
- AIP/Physics Today/Limiting Light Pollution is Ongoing Challenge.
Sobre los Mapas de Polución Lumínica:
- S&T/Rate Your Skyglow, Tony Flanders, 2008. Artículo excelente que ilustra el problema de la evaluación de la calidad del cielo en cuanto a polución lumínica, y muestra la necesidad de sistemas de evaluación objetivos tanto desde tierra como desde el espacio, donde también se hace una explicación del primer Atlas Global de la Contaminación Lumínica, aparecido en el 2001.
-
APOD/The New World Atlas of Artificial Sky Brightness
-
Scientific American/New Map Shows the Dark Side of Artificial Light at Night, Lee Billings, June 10, 2016.
- Starlight Initiative/Monitoring Light Pollution – Maps, donde encontrará toda la información sobre mapas.
- Dark Site Finder.
- El Club de astronomía AVEX en Vexin, Francia, realiza mapas de contaminación lumínica para España, Francia y Alemania, utilizando algoritmos; y también: Cartes de pollution lumineuse européenne – AVEX 2016.
- UNIHEDRON-Sky Quality Meter – LE
- Reddit/Europe by night in 1992 and in 2010.
- Un mapa detallado de la contaminación lumínica en el Reino Unido, creado por Frédéric Tapissier, presidente de Avex (una organización francesa para la astronomía y la información sobre la contaminación lumínica) está en www.avex-asso.org/dossiers/pl/uk/index.html
- CFDs Dark Skies Mapa de Gran Bretaña e Irlanda (ISBN 0-540-08612-6) del / Philip es un mapa plegado de la gama de la visibilidad del cielo, con las carreteras principales y los lugares que se muestran.
- El simulador interactivo del Cielo por la Noche Need-Less en www.need-less.org , creado por la Comisión para los cielos oscuros y el diseñador gráfico Dan Nixon, es una maravillosa herramienta para la búsqueda de sitios de cielo oscuro en el Reino Unido. Basta con mover el cursor por el país, hacer un zoom a un lugar, y ver la Vía Láctea ir y venir: www.need-less.org.uk/images/ukatnightsim.swf.
- Un excelente mapa de contaminación lumínica de los EE.UU. está en djlorenz.github.io/astronomy/lp2006 , junto con otros mapas muy detallados de la contaminación lumínica en todos los continentes.
- Un mapa detallado del US National Park Service está en www.nature.nps.gov/night/skymap.cfm.
Artículos:
- Globe at Night/ An Update and look ahead to IYA2009.
- Flagstaff Dark Skies Coalition/“Flagstaff’s Battle for Dark Skies.” Un artículo que todo ciudadano debería leer.
- VQR/Night Moves.
- NPR/A Mysterious Patch Of Light Shows Up In The North Dakota Dark, ROBERT KRULWICH, 2013.
- IAU/First Use of ISS Astronaut Pictures for Light Pollution Studies.
- AIP/Physics Today/Limiting Light Pollution is Ongoing Challenge.
- Astronomy and Astrophysics/Environmental Challenges in Astronomy, Paul Murdin, Institute of Astronomy, Cambridge, UK.
- House of Commons Science and Technology Committee/ Light Pollution and Astronomy, Seventh Report of Session 2002–03.
- Reports on Astronomy/Identification and Protection of Existing and Future Observatory Sites, Jacqueline Bergeron, Springer.(Disponible en Timbó).
Contaminación Lumínica y Ecología:
- National Center for Biotechnology Information(NCBI)/ Human alteration of natural light cycles: causes and ecological consequences, Kevin J. Gaston, James P. Duffy, et al.. Springer.(Ver en Timbó)
- S&T/ American Medical Association Addresses Light Pollution, Camille M. Carlisle, 2012.
- Ecology and Society/ The dark side of light: a trans disciplinary research agenda for light pollution policy, Franz Hölker, Timothy Moss et al.
- Scientific Research/Advances in Ethimology/Artificial Night Lighting Reduces Firefly (Coleoptera: Lampyridae) Occurrence in Sorocaba, Brazil.
- Centro Regionale Chirotteri, Avigliano/Bats and light pollution, Elena Patriarca, Paolo Debernardi
Colecciones de artículos, papers y bases de datos:
- EBSCO HOST connection/ LIGHT pollution. Collección de 100 artículos publicados en los medios, sobre el tema.
- IDA – LoNNe/Artificial Light at Night (ALAN) Research Literature Database, base de datos que provee referencias a literatura científica en todos los aspectos de la Iluminación Artificial por la Noche.
- WorldWideScience.org/ Sample records for dark sky observatory.
- ORACLE Dark Skies Committee/ Light Pollution Articles.
- S&T/Light Pollution articles.
- Astronomy Magazine/Light Pollution articles.
- Scientific American/Light Pollution articles. (Disponibles en Timbó).
- Nature/Light Pollution articles.
- Science – AAAS/Light Pollution articles.
- American Astronomical Society (AAS)/Light Pollution Articles.
- Monthly Notices of Royal Astronomical Society/Light Pollution papers and articles.
Podcasts:
- GLOBE at Night 2013 in the News, 365 Days of Astronomy: Dark Skies Awareness and Global Astronomy Month
- DARK SKIES AWARENESS An IYA 2009 Cornerstone Project/Dark Sky News Around the World.
Presentaciones:
- NSF/The Globe at Night Program, Connie Walker, Chuck Bueter.
- Globe at Night/Classic and Digital Observations by Citizen Scientist, Stephen Pompea, NOAO, 2007.
- European Cooperation in Science and Technology/The Loss of the Night Sky Network (LoNNe), Dr. Sibylle Shroer.
- CONICET- UTN FRM, Observatorio Pierre Auger/Polución Lumínica: un problema mundial con soluciones locales, Beatriz Garcia.
- The GLOBE at Night Campaign and the Dark Skies Rangers Program.
- Touch the Cosmos: Dark Skies Awareness During Global Astronomy Month, (DSA GAM),2012, Constance E. Walker (NOAO).
Links:
- Globe at Night – https://www.globeatnight.org/.
- International Dark Sky Association – https://www.darksky.org/.
- Dark Sky Awareness, An IYA2009 Cornerstone Project: https://www.darkskiesawareness.org/faqs.php.
- Astronomical League – https://www.astroleague.org.
- Astronomers Without Borders – https://www.astronomerswithoutborders.org/
- American Astronomical Society – https://www.aas.org
- Astronomical Society of the Pacific – https://www.astrosociety.org
- The Let There Be Night Program – https://www.lettherebenight.org
- Unihedron, the makers of the Sky Quality Meter – https://www.unihedron.com
- National Park Service Dark Sky Team – https://www2.nature.nps.gov/air/lightscapes/
- On Light Pollution: https://en.wikipedia.org/wiki/Light_pollution and https://www.globeatnight.org/learn_light.html
- On Light Pollution Interactive: https://www.globeatnight.org/learn_orionsky.html
- On Apparent Magnitude: https://en.wikipedia.org/wiki/Apparent_magnitude
- On Stellar Magnitude System: https://www.skyandtelescope.com/howto/basics/Stellar_Magnitude_System.html
- On Limiting Magnitude: https://en.wikipedia.org/wiki/Limiting_magnitude
- On Sky Brightness: https://en.wikipedia.org/wiki/Sky_brightness
- On Skyglow: https://en.wikipedia.org/wiki/Skyglow.
- CPRE/Dark Skies
- British Astronomical Association (BAA)/The Commission for Dark Skies.
Videos:
- Fundación Starlight, Videos.
- AstroAndalus.com/ Curso monitores Starlight Gredos 2016.
- El Día TV/Entrevista a Federico de la Paz.
- Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)/Adaptación a luminarias PC ámbar en Los Realejos.
- IAC/20 de Abril, Noche Mundial por el Derecho a Ver las Estrellas.
- McDonald Observatory/Preserving Dark Skies.
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- TEDXCLE (Cleveland) 2013/A LIGHTING REVOLUTION: GARY ALLEN.
- TEDx Talks/TEDxTemecula/Light Pollution, John Garrett.
- TEDxPittsburgh/De-Light the Night (Light Pollution Solutions) | Diane Turnshek |
- TEDxYouth@FtWorth/The View from my Back Yard | Sam Barber |
- TEDxPhoenix/Look up for a Change, Lucianne Walkowicz, Stellar astronomer.
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- Taylor Teaches/Light Pollution.
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