L inquinamento luminoso ci ruba il cielo G.Valentini INAF Osservatorio Astronomico di Teramo
Per poter osservare apprezzare il colore delle stelle più luminose o distinguere un numero sufficiente di stelle per riconoscere il profilo delle costellazioni, od ancora scorgere con un telescopio i deboli oggetti diffusi come nebulae e galassie, è necessario allontanarsi dalle luci della città che rendono il cielo più luminoso degli oggetti deboli ed in questa luminosità diffusa e lattescente essi scompaiono alla vista. Perché per vedere le stelle dobbiamo allontanarci dalla città? Ma che cosa è l'inquinamento luminoso e perché avviene?
L espressione inquinamento luminoso indica la dispersione verso l alto della luce artificiale. La definizione di inquinamento luminoso è piuttosto complessa, tanto che è stata nominata una commissione, in ambiente astronomico internazionale, il cui compito è dare una definizione universale di tale termine e dare le indicazioni di base per la sua riduzione. Iniziamo col dire che il cielo, anche il più buio, ha una sua luminosità, che chiameremo naturale: Emissione intrinseca atmosfera superiore Luce delle stelle non risolte Luce zodiacale Luce dai corpi del sistema solare
Emissione intrinseca dell'atmosfera superiore: tutte le particelle che compongono gli strati più alti dell'atmosfera assorbono e riemettono la luce in determinate lunghezze d'onda (righe di emissione) o in tutte le lunghezze d'onda di una larga parte dello spettro elettromagnetico (emissione continua).
Temperatura di emissione della Terra E assorbita = E emissione Costante solare S= 1367 Wm -2 Albedo terrestre medio a= 0.3 E assorbita = S(1-a) πr 2 T E emissione = 4 πr 2 T σ T 4 T = 4 [S(1-a)/4 σ] =260 K = -13 C
Luce di stelle non risolte: intorno a noi vi sono miliardi di stelle. Ad occhio nudo, nel cielo più scuro ne scorgiamo appena tremila; con un telescopio il loro numero aumenta rapidamente al crescere della superficie di raccolta della luce e del potere risolutivo dello strumento. Con l'occhio o con il telescopio vi sono sempre, comunque, stelle non risolte che contribuiscono, seppur debolmente, alla luce di fondo del cielo. Magnitudine limite dell occhio m=6 a 550nm sono 100 fotoni Stelle che emettono almeno un fotone che arrivi al nostro occhio: m 1 -m 2 = -2.5 log (F 1 /F 2 ) m 2 = 11
Luce zodiacale: nel sistema solare la materia che non fa parte del Sole si trova tutta nel ed attorno al piano dell'orbita terrestre. Questo piano interseca la sfera celeste lungo l'eclittica, cioè lungo il cammino apparente del Sole tra le stelle. Allineati lungo l'eclittica si trovano i pianeti che, avendo orbite poco inclinate rispetto al piano di quella terrestre, si mantengono sempre all'interno di una fascia che borda l'eclittica e prende il nome di zodiaco. Oltre che da pianeti la materia è costituita da polvere che diffonde la luce solare e contribuisce ad aumentare la luminosità del fondo, prendendo il nome di luce zodiacale.
Luce proveniente da tutti i corpi del sistema solare e diffusa dalla atmosfera terrestre. Durante il giorno il cielo è luminoso a causa della diffusione della luce solare che giunge a noi anche durante l'aurora ed il crepuscolo della sera, quando il Sole è sotto l'orizzonte. L'atmosfera diffonde la luce della Luna ed il cielo notturno non è del tutto scuro quando la Luna è alta in cielo ed estesa la porzione del suo disco illuminata dal Sole e rivolta verso di noi. Un altro esempio è dato dalle eclissi totali di Luna: il nostro satellite appare debole e rossiccio in quanto illuminato dalla luce solare diffusa dall'atmosfera terrestre.
Un semplice confronto tra le mappe della brillanza artificiale del cielo ottenute nel 1971 da Bertiau, Treanor and De Graeve (1973) con le analoghe mappe ottenute nel 1998 con lo stesso metodo ma in base alle immagini da satellite, indica una crescita media della brillanza artificiale sul territorio nazionale di un fattore 7 nel periodo 1971-1998!
ASIAGO
L atmosfera della Terra produce un alone di luce visibile diffondendo la luce proveniente dalle aree urbane. Ogni singola sorgente di luce in un area buia può essere sorgente di una maggiore brillanza del cielo locale. La luce viene diffusa in cielo dalle molecole e aerosol (particelle solide e liquide) presenti nell aria. Uno studio di Walker (Università della California) dimostra che la relazione fra l incremento della brillanza del cielo ΔI, la popolazione della città P e la distanza dalla città in chilometri D è del tipo: ΔI = 0.01 P D -2.5
Per una città di 500000 abitanti ad una distanza di 60 Km da un sito osservativo, la brillanza del cielo cresce del 18%. Per una cittadina di 5000 abitanti a distanza di 16 Km la crescita della brillanza è del 5%. Il 40% dell inquinamento luminoso proviene dalla illuminazione stradale. Forte dipendenza dalla distanza!!!! 1) Allontanarsi dalle fonti di luce 2) Utilizzo di un paraluce al telescopio 3) Migliore qualità dell aria 4) Riflettività del suolo (terra-cemento-neve)
Visibilità delle stelle ad occhio nudo >6.0 nero 5.75-6.0 grigio 5.5-5.75 blu 5.25-5.5 blu chiaro 5.0-5.25 azzurro 4.75-5.0 giallo 4.5-4.75 giallo-oro 4.25-4.5 arancio 4.0-4.25 arancio scuro 3.75-4.0 rosso <3.75 violetto
X = crescita della brillanza 1.2 = crescita del 20%
Rapporto segnale-rumore
In due casi di livello di rumore! A causa della natura quantistica della luce, il rilevamento dei fotoni (con un dispositivo come il CCD) è sempre un processo casuale dominato dalla statistica di Poisson: la distribuzione poissoniana
Distribuzione poissoniana : calcolo delle probabilità Calcoliamo la probabilità che il risultato della partita Inter Milan sia 2-1. Dalle statistiche della Lega vediamo che il numero medio di goal dell Inter è 2.5 e quello del Milan 1.8. Determiniamo questa probabilità: P(Inter) = (2.5 2 e -2.5 ) / 2! = 0.257 P(Milan) = (1.8 1 e -1.8 ) / 1! = 0.298 P(Inter-Milan) = 0.257 * 0.298 = 0.077 Cioè è un risultato che ha il 7.7% di probabilità che possa avvenire. L Inter che perde ha probabilità -
Supponiamo, per semplicità, che il seeing sia talmente buono da far cadere la nostra fonte di segnale (una stella) completamente all'interno di un pixel. Il segnale complessivo accumulato dal pixel è di 900 conteggi: 400 di loro provengono dal fondo cielo mentre 500 provengono dalla luce della stella. La combinazione stella+cielo ha un rumore di 900 = 30 conteggi su quel pixel e questo darebbe un SNR di 900/30 = 30. Ma questo non è il modo corretto per valutare l'snr. Il segnale della nostra fonte è infatti di 500 conteggi, dunque una stima migliore del SNR è 500/ 900 = 16,7. In realtà, il vero SNR è ancora più basso: poiché non abbiamo alcun modo di sapere che il fondo cielo è esattamente di 400 conteggi (lo sfondo del cielo è a sua volta influenzata dal rumore poissoniano!) dobbiamo aggiungere il contributo del rumore dal cielo ( 400 = 20) a quello della stella più il rumore del fondo cielo ancora ( 400+500 =30 ), allora si ha:
Ma cosa succede se cerchiamo di prendere le immagini della stella stessa sotto un cielo luminoso urbano dove lo sfondo è, per esempio, 5000 conteggi invece di 400? Ora la stella è appena visibile: infatti un valore tipico del SNR per una stella rilevabile è 3, e siamo in grado di misurare la sua luminosità con una precisione di ± 20% soltanto.
Rumore di lettura (readout noise): è il numero di elettroni per pixel introdotti nel segnale finale sulla lettura del CCD. Valori tipici nei moderni CCD sono entro i 10 elettroni / pixel; Rumore termico (dark count): è il numero di elettroni termici generati al secondo per pixel ad una temperatura specifica. I valori tipici sono pochi elettroni o frazioni di elettroni al secondo nel caso CCD raffreddato; Rumore di fondo (background noise): non si tratta di un rumore strumentale, ma è di grande importanza. L'inquinamento luminoso del fondo cielo, sia artificiale che naturale, come la presenza della luna, contribuiscono al segnale di fondo raccolto dal CCD, ma questi non si traducono in un aumento del segnale dell'oggetto di nostro interesse.
Osservatorio Astronomico di Teramo (1890)
Telescopio Nazionale Galileo
Paraluce nei piccoli telescopi
Cosa possiamo fare oltre che scappare? Controllare l inquinamento luminoso aiuta anche la nostra salute! L inquinamento luminoso uccide Nuoce gravemente all astronomia
Effetto sugli animali
Difficilmente ci si rende conto che una illuminazione sovradimensionata e/o di pessima qualità rappresenta un costo in termini economici, di produzioni di scarti e di riscaldamento del pianeta. Bisogna che non solo gli astronomi, biologi ecc ecc mettano in allarme con una specifica educazione il pubblico e i rappresentanti governativi, ma è necessario trovare, con l aiuto di professionisti di illuminazione le soluzioni più adeguate. Per questo sono nate in tutto il mondo commissioni tecniche per lo studio del problema.
Può apparire fin troppo ovvio, ma il primo suggerimento è quello di spegnere la luce quando non serve.
Orientare le lampade che illuminano gli esterni in modo da colpire solo il bersaglio da illuminare e rendere minima quella parte di radiazione luminosa che è emessa sopra il piano dell'orizzonte. Purtroppo, anche se una lampada è ben orientata, esiste sempre una componente della luce emessa che comunque è riflessa verso l'alto da parte dell'oggetto illuminato. Il manto stradale, per come è fatto, riflette da solo il 10% della luce che riceve dall'impianto di illuminazione e tale percentuale al momento non è riducibile a causa della normativa che regolamenta l'asfaltatura e di strade asfaltate ce ne sono tante...
Usare lampade progettate in modo da non dirigere la luce verso l'alto o sopra l'orizzonte Usare proiettori solo in caso di necessità ed in ogni caso con una inclinazione non < 60
Usare, quando è possibile, proiettori asimmetrici
Usare lampade che non emettano nelle stesse bande del cielo, contribuendo a un incremento della sua luminosità. Utilizzo preferenziale di lampade al sodio Tenere sotto controllo l'inquinamento atmosferico. Le particelle che compongono l'atmosfera terrestre diffondono tutta la luce che ricevono, per cui anche l'inquinamento atmosferico ha un suo ruolo e un'atmosfera tersa e pulita giova a ridurre l'inquinamento luminoso.
La UNI 10819 affronta problematiche inerenti la limitazione della dispersione verso il cielo della luce artificiale, argomento oggetto di diversi interventi legislativi a livello nazionale e regionale. Non si applica agli impianti di gallerie e sottopassi, ad ambienti paesaggistici soggetti a particolari prescrizioni locali. Per la stesura di questa norma sono state prese come riferimento: UNI 10439 strade con traffico motorizzato UNI 10671 apparecchi di illuminazione CIE 17/4/87 international vocabulary for lighting CIE 92-1982 guide to the lighting of urban areas CIE TC 4.21-97 guidelines for min. sky glow CIE TC 5.12-95 guide on the limitation of effects.
Lo scopo della UNI 10819 è quello di proteggere gli osservatori astronomici professionali e non professionali, vietando o limitando l'uso di illuminazione, in un'area di 25 km di raggio per i primi, e di 10 km per i secondi. Per gli osservatori professionali, entro il raggio di un chilometro, sono vietati fasci luminosi fissi o rotanti, che diano qualsiasi emissione verso l'alto o che possano essere riflessi verso il cielo. Pertanto l'esistente apparecchio dovrà essere sostituito o schermato ed essere orientato almeno 90 gradi dall'osservatorio. La norma UNI 10819, inoltre, fissa: - i criteri di valutazione degli impianti; - le regole per le verifiche illuminotecniche; - angoli di orientamento, schermature, inclinazioni, che il costruttore deve rispettare;
Classificazione degli impianti Tipo A: Impianti dove la sicurezza è a carattere prioritario, per esempio illuminazione pubblica di strade, aree verdi, ecc. Tipo B: Impianti sportivi, impianti di centri commerciali e ricreativi, impianti di giardini. Tipo C: Impianti di interesse ambientale. Tipo D: Impianti pubblicitari. Tipo E: Impianti a carattere temporaneo ornamentale (luci natalizie). Classificazione delle zone di installazione Zona 1: zona altamente protetta, ad illuminazione limitata (per esempio, osservatori astronomici). Raggio dal centro di osservazione R= 5Km. Zona 2: zona protetta intorno alla zona 1 o intorno ad osservatori a carattere nazionale. Raggio dal centro di osservazione R=5/10/15Km in funzione dell'importanza del centro. Zona 3: territorio nazionale non classificato nelle zone 1 e 2. Sulla base della distanza dai centri di osservazione ufficialmente riconosciuti, il territorio comunale è classificato idealmente in una delle zone sopra indicate, qualora lo stesso territorio fosse suddiviso in più parti dai cerchi di influenza, a ciascuna parte deve essere assegnata la rispettiva zona di appartenenza o la zona maggiormente protetta è estesa a tutto il territorio comunale.