DIPLOMSKO DELO

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN

FIZIKO Študijski

program: Matematika in fizika

SVETLOBNO ONESNAŽENJE NEBA

DIPLOMSKO DELO

Mentor: Kandidatka:

dr. Tomaž Zwitter Tanja Žontar

Ljubljana, februar 2014

(2)

Zahvala

Hvala mojemu mentorju in astronomom z Golovca ter s Črnega Vrha za ves material, izjemno strokovno pomoč, prijaznost in nasvete pri pisanju diplomskega dela. Delo, ki ga vsi opravljajo s takšnim žarom, je neprecenljivo.

Hvala mojim staršem in vsem prijateljem za podporo in spodbudo vsa ta leta - tudi ta je bila neprecenljiva.

(3)

iii POVZETEK

V diplomskem delu opozarjamo na problem svetlobne onesnaženosti neba. S tem se pridružujemo slovenskim astronomom, ki si prizadevajo, da bi se ekološka zavest ljudi dvignila tudi na tem področju.

Uporabili smo posnetke iz arhiva observatorija Črni Vrh, da bi na podlagi teh posnetkov pokazali, kako se spreminja sij nočnega neba v Sloveniji. Po obdelavi podatkov, pridobljenih na podlagi snemanj s teleskopi ter CCD kamerami v obdobju 1992–1998 in z vsenebno kamero v obdobju 2005–2013, lahko zapišemo le to, da se zdi, da sij neba v prvem obdobju narašča, v drugem pa pada.

KLJUČNE BESEDE:

svetlobno onesnaženje, sij nočnega neba, azimut, višina nad obzorjem, vsenebna kamera

(4)

iv ABSTRACT

LIGHT POLLUTION OF THE SKY

In this thesis we are putting focus on the problem of light pollution of the sky. In this way we are joining Slovenian astronomers who are making an effort in trying to raise people’s ecological consciousness.

We used images from Črni Vrh Observatory archives to show how the night sky glow in Slovenia has changed. After the processing of data, gained observing with telescopes equipped with CCD cameras between the years 1992 and 1998 and with all-sky camera in the period 2005 to 2013, we can only say that the sky glow seems to be increasing in the first period mentioned and seems to be decreasing in the second period mentioned.

KEYWORDS:

light pollution, night sky glow, azimuth, altitude, all-sky camera

(5)

v

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ... 1

2 PREDSTAVITEV PROBLEMATIKE SVETLOBNEGA ONESNAŽENJA ... 2

3 PREDSTAVITEV OBDELAVE POSNETKOV Z OBSERVATORIJA ČRNI VRH IN CILJI OBDELAVE POSNETKOV ... 12

3.1 POREKLO POSNETKOV, UPORABLJENIH V DIPLOMI ... 12

3.2 POSTOPEK ZBIRANJA IN PRIPRAVE POSNETKOV ZA NADALJNJO OBDELAVO TER POSTOPEK DOLOČANJA SIJA NEBA NA POSNETKIH ... 13

3.2.1 Posnetki, narejeni v obdobju 1992–1998 ... 13

3.2.2 Posnetki, narejeni v obdobju 2005–2013 ... 17

4 SPREMINJANJE SIJA NOČNEGA NEBA NA POSNETKIH ... 22

4.1 SPREMINJANJE SIJA NOČNEGA NEBA V OBDOBJU 1992–1998 ... 22

4.2 SPREMINJANJE SIJA NOČNEGA NEBA V OBDOBJU 2005–2013 ... 29

5 NOVA METODA DOLOČANJA SIJA NOČNEGA NEBA ... 38

6 ZAKLJUČEK ... 45

7 VIRI ... 47

7.1 CITIRANI VIRI ... 47 8 PRILOGE ... I 8.1 TABELA S PODATKI, PRIDOBLJENIMI S POSNETKOV KOMETOV (1992–1998) ... I 8.2 TABELA S PODATKI, PRIDOBLJENIMI S POSNETKOV VSENEBNE KAMERE (2005–2013) ... XVI

(6)

vi

KAZALO GRAFOV

Graf 1: Sij neba v odvisnosti od časa za vseh 294 meritev iz obdobja 1992–1998. Narisane so tudi meritve, ki smo jih zaradi kontaminacije z naravnimi viri svetlobe ali nejasnega vremena kasneje izločili. ... 22 Graf 2: Sij neba v odvisnosti od časa za meritve iz obdobja 1992–1998 po izločitvi nekaterih meritev zaradi Lune nad obzorjem, oblakov ... ... 23 Graf 3: Sij neba v odvisnosti od časa za meritve iz obdobja 1992–1998 po nadaljnji izločitvi posnetkov, tokrat posnetkov kometa Hale-Bopp (januar 1997–maj 1997). ... 24 Graf 4 (levo): Sij neba v magnitudah na kvadratno ločno sekundo v odvisnosti od časa za posnetke z višino nad obzorjem nad 30° (obdobje 1992–1998). ... 25 Graf 5 (desno): Sij neba v magnitudah na kvadratno ločno sekundo odvisnosti od časa za posnetke z višino nad obzorjem nad 45° (obdobje 1992–1998). ... 25 Graf 6: Sij neba v odvisnosti od časa za posnetke z višino nad obzorjem nad 30° in z upoštevanim časovnim kriterijem (obdobje 1992–1998). ... 26 Graf 7: Sij neba v odvisnosti od azimuta za posnetke z višino nad obzorjem do 30° (obdobje

1992-1998). ... 27 Graf 8: Sij neba v odvisnosti od azimuta za posnetke z višino nad obzorjem do 30° in z upoštevanim časovnim kriterijem (obdobje 1992-1998). ... 28 Graf 9: Sij neba v odvisnosti od časa za obdobje 2005–2013 (posnetki vsenebne kamere, vidnih je 5 različnih uporabljenih opazovalnih sistemov, glej tekst). ... 29 Graf 10: Razlika vrednosti izmerjenih magnitud zvezd od vrednosti magnitud za te zvezde iz V kataloga v odvisnosti od zračne mase (kalibracija). ... 31 Graf 11: Sij neba v odvisnosti od časa za posnetke vsenebne kamere iz obdobja 2005–2013 z dodanimi konstantami. ... 33 Graf 12: Sij neba v magnitudah na kvadratno ločno sekundo v odvisnosti od časa za obdobje 2005-2013 – porazdelitev glede na letni čas. ... 34 Graf 13: Sij neba v odvisnosti od časa za posnetke vsenebne kamere iz obdobja 2005–2013 po izločitvi decembrskih vrednosti. ... 35 Graf 14: Sij neba v odvisnosti od časa za obdobje 2005–2013 (uporabljeno drseče povprečje, 31 členov). ... 35

KAZALO SLIK

Slika 1: Območja razdelitve svetlobe, ki jo oddaja svetilka. ... 5 Slika 2: Posnetek, narejen 20. avgusta 2012 z vsenebno kamero na observatoriju Črni Vrh. ... 17

(7)

vii

Slika 3: Grafa sija neba in ekstinkcije v odvisnosti od časa, izdelana računalniško na podlagi posnetka vsenebne kamere z dne 13. marca 2007. ... 19 Slika 4: (levo) Primer izločenega grafa (narejenega na podlagi posnetka z dne 11. 12. 2005). ... 20 Slika 5: (desno) Primer izločenega grafa (narejenega na podlagi posnetka z dne 20. 6. 2011). .... 20 Slika 6: Primer izločenega grafa (narejenega na podlagi posnetka z dne 29. 8. 2012). ... 20 Slika 7: Spreminjanje sija neba v odvisnosti od časa za različne regije na Poljskem v obdobju 1995–2009. ... 44

KAZALO TABEL

Tabela 1: Seznam teleskopov in objektivov, s katerimi so bili narejeni posnetki v obdobju

1992-1998. ... 13 Tabela 2: Število izločenih datotek po polletjih v obdobju 2007–2011. ... 33

(8)

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta Tanja Žontar; diplomsko delo

- 1 -

1 UVOD

Z vseh strani nas bombardirajo s sporočili, da je potrebno zaustaviti onesnaževanje planeta, na katerem živimo. Svetlobno onesnaženje je verjetno najmanj znano izmed vseh oblik onesnaženja. To seveda ne pomeni, da je vpliv te vrste onesnaženja na življenje in zdravje živih bitij manjši, le manj se govori in piše o tem.

Na različnih konferencah in javnih predstavitvah mnenj sodelujoči prihajajo do enake ugotovitve - vpliva umetne svetlobe na delo in življenje živih bitij ne smemo zanemariti.

Napačno usmerjena oz. nezasenčena svetloba v nočnem času je moteča tako za ljudi kot za živali. Moti jih pri delu, gibanju in počitku. A napačno usmerjena svetloba ne vpliva le na kvaliteto življenja. V luči trenutne gospodarske krize in zmanjševanja svetovnih zalog fosilnih goriv lahko na nezasenčenost svetilk in razširjanje svetlobe nad vodoravnico oz. na izgubljanje svetlobe v nebo gledamo tudi kot na nepotrebno in nerazumljivo zapravljanje dragocene energije ter denarja. Predstavitve z razprav vsebujejo kar nekaj primerov, s katerimi pokažejo, da tudi povsem zasenčene svetilke dobro opravijo svoje delo – osvetljevanje ciljnih površin.

Diplomsko delo poskuša s pomočjo obdelave in analize podatkov, pridobljenih z arhivskih posnetkov observatorija Črni Vrh, pokazati, da se sij nočnega neba (v nadaljevanju: sij neba) z leti povečuje, in da je bilo potrebno ne samo sprejeti zakonodajo na tem področju, temveč je potrebno poskrbeti tudi za njeno izvajanje in osveščanje ljudi.

V drugem poglavju je predstavljen problem svetlobnega onesnaženja, zakonodaja na tem področju in rešitve, ki jih ponuja literatura.

V tretjem poglavju je opisan postopek obdelave posnetkov in njihovo poreklo ter zastavljeni cilji. Našteta je oprema, ki je bila uporabljena za izdelavo posnetkov, in programi, ki so bili uporabljeni pri obdelavi posnetkov in pri določanju sija neba.

V četrtem poglavju so analizirani podatki, ki smo jih pridobili s posnetkov, narejenih v obdobju 1992–1998 ter v obdobju 2005–2013. Podatki so v obliki tabel dodani kot priloga, za lažje razumevanje analiz pa je v besedilo vključeno večje število grafov.

V petem poglavju je predstavljena najnovejša metoda določanja sija neba z uporabo baz arhivskih posnetkov amaterskih opazovanj kometov z vseh koncev sveta.

V šestem poglavju so predstavljeni rezultati analize podatkov o spreminjanju sija neba.

(9)

- 2 -

2 PREDSTAVITEV PROBLEMATIKE SVETLOBNEGA ONESNAŽENJA

Po podatkih Mednarodne zveze za temno nebo, International Dark Sky Association (na kratko IDA), naj bi človeško oko na neonesnaženem nebu zaznalo okoli 5000 zvezd. Na obrobjih mest naj bi zaznali le še 200–300 zvezd, v mestnih središčih pa zaradi 25-krat večje svetlosti od svetlosti neokrnjenega nočnega neba le nekaj 10. Tudi v najmanjših krajih oz. vaseh je zaradi umetnih svetil svetlost neba najmanj dvakrat večja, zato problem svetlobnega onesnaženja ni omejen le na večja mesta. (Štravs, A., 2001)

Slovenski astronom Herman Mikuž svetlobno onesnaženje na kratko definira kot

»svetlobo, ki se izgublja v nebo«, na spletni strani društva Temno nebo Slovenije (v nadaljevanju: društvo) pa so ga definirali takole: »Svetlobno onesnaževanje je dvig nivoja naravne osvetljenosti okolja, ki ga povzročajo umetni viri svetlobe. Lahko ga definiramo tudi kot nekontrolirano uhajanje svetlobe iz umetnih virov izven cilja osvetlitve. Še posebej tisto, ki je usmerjeno nad vodoravnico. Posledice so žarenje nočnega neba nad mesti, bleščanje, vsiljena svetloba, zmanjšana nočna vidljivost in nepotrebno trošenje energije. Končna posledica je vedno bolj osvetljeno nočno nebo, posledično izginjanje zvezd in izginjanje noči kot naravne danosti. Svetlobno onesnaževanje negativno vpliva na biosfero, moti selitve ptic, ogroža kolonije netopirjev, moti gnezdenje želv ter ogroža številne vrste žuželk, od katerih spada mnogo vrst k pomembnim opraševalcem. Ogroža tudi zdravje ljudi, predvsem tvorjenje melatonina v nočnem času. Posledice so nespečnost, debelost, raka dojk in prostate.« (Svetlobno onesnaženje, 2012)

V društvu želijo preko spletne strani in različnih aktivnosti opozoriti strokovno ter širšo javnost na problem svetlobnega onesnaženja in njegov negativen vpliv na astronomska opazovanja in okolje. Ta vir onesnaževanja okolja je postal očiten, odkar je prišlo do velikega povečanja emisij svetlobe iz umetnih izvorov, v glavnem iz velikih urbanih področij. Omenjajo, da nezasenčene in delno zasenčene ter nestrokovno postavljene svetilke zunanje razsvetljave pogosto srečamo tudi v Sloveniji in s tem dopuščamo, da se velik del svetlobnega toka in električne energije izgubljata v nebo. Nebo tako postaja svetlejše zaradi svetlobe, ki se še dodatno razprši na vodnih kapljicah in delcih prahu v ozračju, in šibki nebesni objekti niso več vidni. V Sloveniji k svetlobnemu onesnaženju največ prispevajo velika mesta z okolico, kot so Ljubljana, Maribor, Celje in kraji na obali.

(10)

- 3 -

Poudarili so tudi to, da njihov cilj ni Slovenija ponoči v temi, hočejo le boljšo razsvetljavo, ki sveti navzdol in je koristna. (Cilj društva …, 2013)

V oči bode tudi zapis amaterskega astronoma s te spletne strani, ki je prodal svojo opremo, ko so pred nekaj leti na cesti Brestanica–Senovo živosrebrne svetilke zamenjali z močnimi LED svetilkami. Te so mu namreč dokončno onemogočile opazovanja nočnega neba z bližnjega pogorja Bohor. V samo 15 letih se je po njegovih besedah nebo nad Slovenijo tako spremenilo, da je možnost ogleda nočnega neba postala nekaj tako eksotičnega kot obisk koralnega grebena. (Cigler, P., 2013)

O vplivih umetne svetlobe na astronomska opazovanja so razpravljali že leta 1992 na konferenci, sponzorirani s strani UNESCA, v Parizu. Konferenca je astronomski srenji omogočila, da javno razpravlja o vplivih okolja na opazovanja. Tehnološki napredek je človeštvu sicer omogočil videti več in dlje kot kdajkoli, po drugi strani pa nam je umetna svetloba, ki vdira v vsak še tako skrit kotiček sveta, skoraj onemogočila izvajanje opazovanj z zemeljskega površja. Astronomija ni le ena izmed osnovnih ved, katere razvoj štejemo v tisočletjih in je zastopana tudi v preostalih vedah. Človek je morda prav z opazovanjem in beleženjem nebesnih pojavov naredil korak naprej v razvoju. Opazovanja bi bila lahko tista stvar, ki je našo vrsto spodbudila k razmišljanju in raziskovanju okolja, saj radovednost poraja znanje. Na nebesne pojave se navezujejo tudi različni običaji in verska prepričanja. Tako je pravzaprav čista ironija usode, da nam je napredek omogočil poglobljeno opazovanje neba, svetlobno onesnaženje pa nam je nebo zastrlo do te mere, da je za opazovanje potrebno iskati oddaljene kotičke narave. Zadnjih 100 let tako ne moremo več videti zvezd, ki smo jih pred tem brez težav opazovali tisočletja. V Londonu so se že v 17. stoletju soočili s tem, da so morali zaradi onesnaženega zraka postaviti observatorij precej izven mesta. Danes Kraljevi observatorij Greenwich (Royal Observatory Greenwich) zaradi bližine mesta služi le še kot zgodovinski spomenik. Vpeljava električnih luči v začetku prejšnjega stoletja je namreč mesta izločila kot prostore, primerne za opazovanje neba. Umetna svetloba je astronome pregnala v redko naseljena območja, zaradi izogibanja absorpciji v ozračju, ki je v znatni meri tudi posledica prisotnosti vodne pare, pogosto opazujejo s puščavskih vrhov gora, kjer je vzdrževanje lokacij drago, samo bivanje pa je oteženo. (McNally, D., 1994; Malin, D., 1994)

V prispevku Jureta Skvarča v zborniku Svetlobno onesnaženje (v nadaljevanju: zbornik) je bolj podrobno opisan vpliv svetlobnega onesnaženja na same astronomske meritve.

Količina svetlobnega onesnaženja naj bi bila sorazmerna s številom prebivalstva na nekem

(11)

- 4 -

področju, zato je v gosto poseljenih področjih Evrope težko uiti svetlobnemu vplivu velikih mest. V Sloveniji naj bi bile razmere sicer nekoliko boljše, a smo bolj potratni na področju števila brez potrebe prižganih luči. Za ugotavljanje prispevka velikih mest k siju neba so leta 2001 tri noči merili sij neba na Observatoriju Črni Vrh. V izvedenih slikanjih so zajeli področje v višini 30 stopinj nad obzorjem ter pokrili del kroga od –120 do 120 stopinj od južne smeri. To so naredili v času, ko je bila Luna globoko pod obzorjem. Vpliv sija neba na posnetke je seveda odvisen tudi od položaja observatorija in velikih mest oz.

krajev, ki se nahajajo v njegovi okolici. Okoliška mesta kljub več 10-kilometrski oddaljenosti veliko prispevajo k siju neba, na meritve pa vplivajo tudi posamezne bližnje nezasenčene luči. Izmerjeni največji sij neba se je v tem primeru ujemal s smermi večjih mest, kot so Ljubljana, Trst, Nova Gorica … Poleg tega so preverili tudi to, kako vpliva svetlejše nebo na mejni sij zvezd, ki se še opazijo s teleskopom. S sijem neba narašča tudi šum ozadja, zato sij šibkih objektov ni več mogoče ločiti od naključnih sprememb v siju neba. Na podlagi izmerjene krivulje sija neba in lastnosti kamere so v tem primeru izračunali, da je razlika mejnih sijev področij z najmanjšim in z največjim signalom ozadja za teleskop, ki so ga uporabili, do 0,15 magnitude. To pomeni, da je zaznanih do 10 % manj zvezd in to le zaradi svetlobnega onesnaženja, ki ga povzroča mesto Ljubljana.

(Skvarč, J., 2001)

Svetilke lahko razdelimo na tri skupine: nezasenčene svetilke, delno zasenčene svetilke in zasenčene svetilke. Nezasenčene svetilke sevajo svetlobo v vse smeri. Delno zasenčene svetilke imajo sevanje nad vodoravno ravnino omejeno z zaslonom, še vedno pa sevajo v smeri vodoravne ravnine, kar zmanjšuje kontrast osvetlitve in je moteče za živa bitja.

Zasenčena svetilka seva vso svetlobo pod vodoravno ravnino in ima sevanje v vodoravni ravnini in nad njo omejeno z odbojnim zaslonom. Namestitev teh svetilk je enostavna, smer svetlobe pa naj bi se ne približala vodoravni ravnini na manj kot 15 stopinj. Odbojni zasloni poleg tega svetlobo odbijejo proti tlom in zmanjšujejo porabo električne energije.

(Zwitter, T., 2001)

Pri visokotlačnih živosrebrnih sijalkah, ki so bile v preteklosti v uporabi, je izkoristek po začetku uporabe hitro padel, njihov vpliv na okolje pa je bil izredno negativen. Pri cestni razsvetljavi je s strani društva priporočeno razmerje med razdaljo med stebri in višino stebra 3,7 : 1 in uporaba energetsko učinkovitih ter okolju prijaznih visokotlačnih natrijevih sijalk, s poudarjenim rumenim delom spektra. (Svetlobno onesnaženje in energetsko …, 2009)

(12)

- 5 -

V zborniku je dr. Zwitter v svojem prispevku zapisal, da sta za razpoznavnost objektov ponoči odločilna tako njihova osvetljenost kot kontrast v primerjavi z drugimi svetlobnimi viri v zornem polju. V prispevku je pojasnil, zakaj je delno zasenčena svetilka bolj moteča od popolnoma zasenčene svetilke, čeprav je osvetlitev tal pri obeh enaka. Svetloba delno zasenčene svetilke namreč seva do vodoravne ravnine in tudi nad njo, za razliko od popolnoma zasenčene svetilke, ki seva vsaj 17 stopinj pod vodoravno ravnino. Zato svetlobo delno zasenčene svetilke vidimo tudi od daleč, na cesti, ob kateri stoji več svetilk v nizu, vidimo tudi svetilke pred nami, kar nam manjša kontrast in težje razpoznavamo objekte pred nami ter pešce ob cesti. Povsem drugače je pri popolnoma zasenčenih svetilkah, kjer ne vidimo cel niz svetilk ob cesti, temveč le tisto, pod katero se nahajamo, in naslednjo, kar ne moti kontrasta pri pogledu naprej. (Zwitter, T., 2001)

Slika 1: Območja razdelitve svetlobe, ki jo oddaja svetilka.

Vir slike: Bevk, S., Mikuž, H., Prezelj, J. (2001). Svetlobno onesnaženje: javna predstavitev mnenj. Zbornik.

Ljubljana: Državni zbor Republike Slovenije, Odbor za okolje in infrastrukturo. Stran 89.

Vsa svetloba, ki se razširja v smereh nad vodoravnico, območje I, je moteča tako za ljudi (npr. astronome) kot živali (npr. ptice selivke). Svetloba, ki oklepa z vodoravnico majhen kot do približno 10 stopinj, območje II, povzroča bleščanje. Tla zadane daleč od svetilke, pod majhnim kotom, zato le šibko osvetli tla. Bleščanje te vrste primerjajo z bleščanjem Sonca, kadar je nizko nad obzorjem. Pri starejših ljudeh, ki nimajo več prozorne roženice in leče, to povzroči razpršitev svetlobe v očesu, kar je ne samo neprijetno, temveč tudi potencialno nevarno. Zaradi tega se del starejše populacije izogiba nočni vožnji. Koristno vlogo za nas odigra le svetloba v območju III. (Legiša, P., 2001)

Dr. Legiša tako v svojem prispevku v zborniku omenja, da osnutek uredbe o preprečevanju svetlobnega onesnaženja premalo upošteva problem svetlobe, ki se razširja v smereh blizu vodoravnice in vpliv te svetlobe na živi svet. Ta svetloba povzroča poleg bleščanja tudi spremembo ritma živali in ne samo ljudi. Umetna svetloba jih bodisi privlači bodisi odbija

(13)

- 6 -

in tako spreminja njihove prehranjevalne ter razmnoževalne navade, kar lahko ogrozi obstoj določenih vrst. Tema jim lahko omogoča preživetje, saj jih varuje pred plenilci, umetna svetloba pa lahko podaljša ali skrajša čas prehranjevanja, kar v obeh primerih dodatno ogroža neko vrsto - plen ali plenilca. Svetlobni snopi lahko povzročijo, da ptice selivke krožijo okoli njih in po nepotrebnem izgubljajo dragoceno energijo, s katero morajo na dolgi poti pametno gospodariti. Žuželke zamenjajo umetni vir svetlobe za naravnega in krožijo okoli vira do izčrpanosti, saj letijo pod točno določenim kotom glede na vir svetlobe, kar jih po spiralni poti pripelje do luči. (Rich, C., Longcore, T., 2006) Gradnja naselij na obalah ima recimo velik vpliv na izbiro gnezdišč morskih želv. Z direktnim in indirektnim osvetljevanjem obale vplivajo na izbiro mest oz. zmanjševanje mest za gnezdenje in na orientacijo izleglih mladičkov pri iskanju poti do morja. Ti se namreč običajno gibljejo od temnega, višjega ozadja plaže proti morju, kar se spremeni v primeru osvetljenega ozadja plaže. Problem je mogoče rešiti z malo truda in s pametnim upravljanjem razsvetljave. (Salmon, M., 2006)

V zborniku je podanih naslednjih nekaj priporočil:

- izklapljanje po 22. uri, da npr. žuželke, med njimi so tudi pomembni opraševalci, odletijo naprej, četudi se zaustavijo pri svetilkah, ker so aktivne že v mraku,

- prepoved emisij nad vodoravnico,

- neprodušno zaprte luči, kar olajša čiščenje svetilk, saj se v njih ne nabirajo poginule žuželke, ki s prekrivanjem zmanjšajo izkoristek luči,

- uporaba svetilk, ki oddajajo v rumenem delu spektra – v njem žuželke slabo vidijo; brez emisij UV svetlobe ter sevanja v modrem delu spektra – v njem dobro vidijo.

(Trilar, T., 2001)

Z omejevanjem svetlobnega onesnaženja se v ZDA ukvarjajo že 70 let in so imeli zato 20 let nazaj najrazvitejše pravne predpise na tem področju, a predpisi niso bili sprejeti na državni ravni, zato se s to vrsto onesnaženja v zveznih državah spopadajo na različne načine. V Evropi se z najboljšimi predpisi lahko pohvali Italija. (Štravs, A., 2001)

Za pokrajino Lombardija so 27. marca 2000 sprejeli zakon št. 17, ki ga v društvu štejejo za enega najboljših v svetu in je zgled vsem tistim, ki pripravljajo zakonodajo na tem področju. Podobna zakona so nato leta 2007 sprejeli tudi v pokrajinah Furlanija in Julijska Krajina. Zakon prepoveduje svetenje nad vodoravnico, uporabo svetlobnih snopov v reklamne namene, narekuje izklapljanje reklamnih panojev v nočnem času (pozimi ob 22.

uri, poleti ob 24. uri), izklapljanje polovice svetlobnih virov raznih instalacij brez

(14)

- 7 -

regulatorjev svetlobnega toka v nočnem času (pozimi ob 23. uri, poleti ob 24. uri) … Za profesionalne in neprofesionalne astronomske observatorije so določili območja zaščite; 30 kilometrov za prve in 15 kilometrov za druge. Neustrezni svetlobni viri na teh območjih morajo biti v roku štirih let od uveljavitve zakona zamenjani ali modificirani. Dovoljena je le uporaba visoko in nizkotlačnih natrijevih svetilk. Zakon občinam narekuje pripravo plana zunanjega razsvetljevanja v roku treh let od uveljavitve zakona, ne javne ne zasebne zunanje razsvetljave pa ni možno namestiti brez pooblastila župana. Z uveljavitvijo zakona naj bi se delež popolnoma zasenčenih svetilk povečal za dvakrat do petkrat. Izdali so tudi priročnik z navodili za bolj učinkovito izvedbo zakona. (Tuje uredbe, 2013)

Za zunanjo razsvetljavo v Sloveniji pred desetimi leti ni bilo ustreznih normativov.

Obstajala so le določena priporočila glede tipov svetilk in kvalitete razsvetljave, ki jih je izdajalo Slovensko društvo za razsvetljavo, nadzora nad svetlobnim onesnaženjem s strani inštitucij pa ni bilo. Za izbor in namestitev svetilk so z izjemo nekaterih večjih mest skrbeli distributerji električne energije ali kar krajani sami. (Mikuž, H., 2001)

Poslansko pobudo vladi za sprejem uredbe o zmanjšanju in nadzoru svetlobnega onesnaževanja je 8. maja 1997 na 4. redni seji Državnega zbora Republike Slovenije podal poslanec Samo Bevk. (Štravs, A., 2001)

22. septembra 2007 so nato tudi v Sloveniji sprejeli uredbo, ki ureja zunanje osvetljevanje v Sloveniji, za kar so si naravovarstvene organizacije prizadevale 12 let. Svetlobno onesnaženje v Sloveniji je pred sprejetjem uredbe močno naraščalo. Letna poraba elektrike za javno razsvetljavo na prebivalca je bila ocenjena na 60 do 65 kWh, kar je precej nad evropskim povprečjem, ki znaša okoli 50 do 52 kWh. In ne samo to, poraba je pred uredbo naraščala za več kot 2 % letno. Najbrž ne preseneti dejstvo, da so najbolj zapravljive na področju javne razsvetljave ravno tiste države EU, ki so v teh kriznih časih v največjih težavah – Grčija, Španija, Italija, Portugalska in seveda Slovenija. Slovenija bi po mnenju društva lahko prihranila 10 milijonov evrov letno na področju javne razsvetljave in 5 milijonov evrov letno pri zunanji razsvetljavi zasebnih objektov. (Sporočilo za medije …, 2007; Svetlobno onesnaženje in energetsko …, 2009)

Slovenska uredba, ki se lahko primerja z italijanskimi, za večino svetilk prepoveduje svetenje nad vodoravnico, zahteva uvedbo popolnoma zasenčenih svetilk, prepoveduje uporabo svetlobnih snopov, omejuje svetenje v bivalne prostore, zahteva zmanjševanje porabe električne energije za javno razsvetljavo, določa omejitve glede razsvetljave fasad in objektov … Dekorativna razsvetljava je dovoljena v obdobju od 1. decembra do 15.

(15)

- 8 -

januarja, svetenje nad vodoravnico pa je dovoljeno le za svetilke, ki so del kulturnega spomenika in je njihova moč manjša od 20 W. Vsa zunanja razsvetljava naj bi bila postopoma prilagojena novi uredbi, med zadnjimi, do 31. decembra 2017, tudi razsvetljava železnic, pristanišč in letališč. Upravljavci razsvetljave so poleg tega dolžni na Ministrstvo za kmetijstvo in okolje poslati načrt razsvetljave in ga po potrebi dopolnjevati. Do leta 2017 naj bi z vsemi temi ukrepi dosegli evropsko povprečje. (Uredba o mejnih vrednostih …, 2007)

Za članek, ki je bil objavljen v začetku leta 2013 v časopisu Finance, so člani društva našteli kar nekaj primerov še vedno neracionalne porabe sredstev na področju javne razsvetljave v Sloveniji. Poudarili so, da takšne intenzitete in količine razsvetljave, ki jo zahteva Direkcija RS za ceste, ne bomo našli niti v Avstriji niti v Nemčiji. Leta 2005 je član društva s fotometrom izvedel nekaj meritev v Nemčiji, Avstriji in Sloveniji. Krožišče pri Brniku je glede na te rezultate osvetljeno za tisoč odstotkov močneje kot glavna cesta v Beljaku. V Nemčiji in Avstriji nobena vrednost ni presegla 30 luksov in to celo v turističnih središčih, v Ljubljani pa so bile izmerjene vrednosti v večini primerov dvakrat do štirikrat večje. V Sloveniji so recimo cestne svetilke dvakrat bližje druga drugi kot v Nemčiji, poleg tega za 200 do 300 % presegajo moči svetilk v Nemčiji. Če primerjamo Slovenijo in Nemčijo, lahko rečemo, da pri nas nameščamo najmočnejše svetilke in to dvakrat gosteje, kar se kaže v okoli 300 % večjem svetlobnem onesnaženju na prebivalca.

Nemčija je v času izvedb meritev uporabljala stare delno zasenčene svetilke, ugašala luči na parkiriščih pred trgovskimi centri in varčevala. V Sloveniji pa krizi navkljub še vedno nismo začeli varčevati na tem področju. (Mohar, A., 2013)

Zdi se, da za neracionalno odtekanje energije v nebo ni toliko kriva nevednost; večji krivec je interes posameznih podjetij, da bi se okoristila z denarjem, ki ga država vlaga v ta del infrastrukture. Po standardu EN 13201, ki v Sloveniji na srečo ni obvezen, je pa obvezen v kar nekaj drugih državah EU, naj bi bilo vsaj 95 % razsvetljave v EU neustrezne. To na podlagi meritev trdijo v društvu in gredo še dlje z ugotovitvijo, da je standard pisan na kožo industriji razsvetljave, ki bo z zamenjavo svetilk lahko služila še lep čas. Člani društva so februarja letos v članku za časnik Finance zelo nazorno opisali nekaj primerov neracionalnosti in korupcije v slovenskih občinah, a dotične občine niso poimenovali z imenom. V enem od predstavljenih primerov so navedli, da so v slepih ulicah stanovanjskega naselja postavili 250-vatne svetilke namesto 20-vatnih, ki bi povsem zadoščale za osvetljevanje ulice, upravljavec razsvetljave pa je hkrati dobavitelj električne

(16)

- 9 -

energije. Navajajo tudi ukrep Družbe za avtoceste RS, ki je na počivališču Pince po samo treh letih zamenjala obstoječe povsem ustrezne svetilke, katerih življenjska doba je 30 let, z belimi LED svetilkami. (Mohar, A., Mikuž, H., Vertačnik, G., Kuk, P., 2013)

In tu se začne nova zgodba o svetlobnem onesnaženju in škodi, ki nastaja na tem področju kljub uredbi. V Sloveniji LED svetilke kljub ceni in trenutni krizi veselo nameščajo, v tujini pa so pri uporabi LED svetilk bolj previdni. Bele LED svetilke so v tem trenutku za dvakrat do štirikrat dražje, nič bolj učinkovite kot energetsko učinkovite natrijeve svetilke, povzročajo pa bleščanje in trikrat tolikšno svetlobno onesnaženje kot natrijeve svetilke.

Doba uporabnosti naj bi bila celo krajša kot pri natrijevih svetilkah, izkoristek takšnih svetilk pa je trenutno odličen le pri manjših močeh. Trgovci jih seveda tržijo, ker pri teh svetilkah zaradi višjih cen več zaslužijo. LED je poleg tega točkast vir svetlobe, zato je potrebno svetlobo razpršiti z motnim steklom, da se izognemo bleščanju, kar povzroči 30 % izgubo. Življenjska doba LED svetilk je dolga le pri dobrem hlajenju in manjših močeh, zato se LED svetilke večjih moči, namenjene cestni razsvetljavi, pregrevajo in kvarijo že po nekaj mesecih. Pri klasičnih svetilkah je potrebno po 5-ih do 10-ih letih zamenjati le sijalko, kar je minimalen strošek v primerjavi s ceno LED svetilk, ki jih morajo zamenjati v celoti. Poleg tega še ni učinkovitih LED svetilk, ki bi sevale belo svetlobo s poudarjenim rumenim delom spektra, temveč je poudarjen moder del spektra.

Modro-bela svetloba povzroča več bleščanja, bolj privlači žuželke, saj v tem delu spektra bolje vidijo, in ponoči od trikrat do štirikrat hitreje prekine tvorjenje melatonina pri ljudeh kot rumeno-bela svetloba. Melatonin je pomemben antioksidant, antidepresiv in hormon, ki ureja naš bioritem, in čeprav modro svetlobo potrebujemo podnevi, izpostavljenost modri svetlobi v nočnem času statistično poveča možnost, da zbolimo za rakom. Spati bi tako morali v popolni temi. (Pangerl, T., 2013)

A kljub temu … V začetku devetdesetih let prejšnjega stoletja so prebivalce enega izmed predelov mesta Cardiff anketirali pred in po spreminjanju javne razsvetljave. Izkazalo se je, da je boljša javna razsvetljava učinkovit način za zvišanje občutka varnosti ljudi ter posredno vpliva še na druga področja. Posebej starejši in ženske se počutijo bolj varne, ljudje si upajo zapustiti dom tudi po zahodu sonca. Vse to vpliva na njihov občutek, da je kvaliteta njihovega življenja višja. (Herbert, D. T., 1994).

Osvetljevanje cest in raznih površin je potrebno zaradi varnostnih in bivanjskih razlogov, osvetljevanje reklamnih površin iz tržnih razlogov, osvetljevanje spomenikov pa zaradi njihove kulturne vrednosti. A svetloba bi bila lahko v večini primerov brez težav

(17)

- 10 -

usmerjena pod vodoravno ravnino, svetilke pa popolnoma zasenčene. (Zwitter, T., 2001) Cestna razsvetljava v Sloveniji je glavni vir svetlobnega onesnaževanja, posebej zaradi v preteklosti razširjenih nezasenčenih in delno zasenčenih svetilk. Poleg že prej omenjenega zmanjševanja kontrasta osvetlitve takšne svetilke neracionalno trošijo električno energijo ter prepuščajo velik del svetlobe mimo cilja. Zasenčenost svetilk sicer vpliva tudi na zmanjšanje osvetlitve, a to zmanjšanje naj ne bi imelo bistvenega vpliva na preglednost pri nočni vožnji. To potrjujejo tudi številke, ki so še pred kratkim Slovenijo skupaj z Belgijo uvrščale v vrh lestvice v številu umrlih v prometnih nesrečah, hkrati pa sta bili obe državi tudi na vrhu lestvice svetlobno onesnaženih držav v EU. Za Nemčijo pa je veljalo, da ima šibkejšo osvetlitev in manj mrtvih v prometnih nesrečah. Močnejše razsvetljave tako verjetno ne bi smeli enačiti z večjo varnostjo v prometu. (Svetlobno onesnaženje in energetsko …, 2009)

Omenili smo že, da je svetlobno onesnaženje hkrati tudi zapravljanje energije. Svetlobna energija iz slabo zasenčenih luči, ki so po možnosti brez potrebe prižgane celo noč, odteka v ozračje. Zaradi sipanja v ozračju (prah, molekule zraka) pa se delno vrača na tla in povzroča svetlobno onesnaženje. Električna energija je kljub trenutni svetovni krizi in zmanjševanju zalog fosilnih goriv očitno še vedno prepoceni, saj se stvari na tem področju pri nas izboljšujejo vse prepočasi. Za državo bi moralo biti ravno nesmiselno odtekanje energije v nebo in zapravljanje denarja motiv za zmanjševanje onesnaženja. Opazovanje neba ni omejeno le na posamezne opazovalnice, pa tudi svetlobnega onesnaženja z lokalno regulativo ni mogoče učinkovito omejiti, zato bi morali ukrepi veljati za celo državo in ne le za posamezna območja. Po eni strani se spodbuja ukvarjanje z naravoslovnimi dejavnostmi, po drugi strani pa se delo vsaj na tem področju naravoslovja onemogoča.

Na sipanje umetne svetlobe v ozračju in s tem na količino svetlobnega onesnaženja vplivajo tudi naslednji dejavniki v bližini teleskopov: viri toplote, prah iz kamnolomov, aerosoli in vodni hlapi v ozračju, letališča s sledmi letal v ozračju, vibracije strojev, ki jih občutljivi instrumenti zaznajo kilometre stran. Osvetljevanja neba seveda ne bomo mogli nikoli v celoti preprečiti in zato bi morali biti pozorni tudi na te ostale dejavnike.

(Kovalevsky, J., 1994)

Satelitski posnetki zemeljskega površja ne prikažejo dejanskega stanja svetlobnega onesnaženja na nekem področju, ker prikažejo le svetlobo, ki se širi navpično navzgor.

Poudarili smo že, da je za delo in življenje na Zemlji moteča tudi svetloba, ki se širi ob vodoravnici, in vsa svetloba, ki gre nad njo – tista, ki jo zaznajo vsenebne kamere. V

(18)

- 11 -

uporabi so tudi pri nas in z njihovo pomočjo ne spremljajo samo vremena, temveč tudi prelete letal in pojave bolidov, dolgoročno pa se z njimi lahko spremlja stanje na področju svetlobnega onesnaževanja.

Ob vsem do sedaj napisanem se zdi jasno, da bi morali pri govorjenju o svetlobnem onesnaženju razlikovati med astronomskim svetlobnim onesnaženjem in ekološkim svetlobnim onesnaženjem, kot dva vidika svetlobnega onesnaženja poimenujejo v knjigi Ecological Consequences of Artificial Night Lightning. (Rich, C., Longcore, T., 2006) Prvi močno vpliva na programe opazovanja nočnega neba, spremljanja kometov …, ki so ključnega pomena za človeštvo sedaj in bodo tudi v prihodnje. Drugi vpliva na spreminjanje ekosistemov in je bil do sedaj zanemarjen. Kot pravijo v knjigi, je človek aktiven podnevi in ob širjenju nočne razsvetljave zaradi lastne varnosti in udobja ni dolgo nihče pomislil na to, kako to vpliva na živali, ki so aktivne ponoči. (Rich, C., Longcore, T., 2006)

V nadaljevanju si poglejmo, kaj lahko povemo o svetlobnem onesnaženju in njegovih vplivih na astronomska opazovanja na naših tleh. V ta namen smo obdelali posnetke, ki so jih v zadnjih dveh desetletjih posneli na observatoriju Črni Vrh kot del njihovega opazovalnega programa kometov ter nočnega opazovanja neba z vsenebno kamero.

(19)

- 12 -

3 PREDSTAVITEV OBDELAVE POSNETKOV Z OBSERVATORIJA ČRNI VRH IN CILJI OBDELAVE POSNETKOV

Na observatoriju Črni Vrh že vrsto let opazujejo nočno nebo ter dogajanje tudi dokumentirajo s posnetki. Za določanje sprememb v siju neba so nam iz arhiva najprej odstopili posnetke iz obdobja od 14. novembra 1992 do 9. decembra 1998. Ker je bila dokončna obdelava posnetkov narejena desetletje pozneje, smo tem arhivskim posnetkom dodali še podatke, pridobljene s posnetkov vsenebne kamere iz obdobja od 24. julija 2005 do 3. decembra 2013.

Skladno s predmetom in problemom smo si zastavili naslednje cilje:

- Ugotoviti s pomočjo določanja sija neba na posnetkih iz arhiva astronomskega observatorija na Črnem Vrhu, kako se je spreminjalo svetlobno onesnaženje v obdobju 1992–1998 ter v obdobju 2005–2013.

- Pokazati, da spreminjanje sija neba na uporabljenih posnetkih ni le posledica spreminjanja azimuta pri snemanju posnetkov oz. spreminjanja višine nad obzorjem pri snemanju posnetkov ter vremenskih vplivov in drugih dejavnikov.

3.1 Poreklo posnetkov, uporabljenih v diplomi

Posnetki, obdelani oz. uporabljeni v tej diplomski nalogi, so bili narejeni na slovenskem observatoriju Črni Vrh, ki je največja astronomska opazovalnica v Sloveniji z rednim opazovalnim programom asteroidov in kometov.

Podatki za observatorij so naslednji:

- zemljepisna dolžina: 14^o 04' 25" vzhodno, - zemljepisna širina: 45^o56' 48" severno, - nadmorska višina: 730 m,

- naslov: Astronomski observatorij Črni Vrh, Predgriže 29a, 5274 Črni Vrh nad Idrijo, SLOVENIJA, telefon: +386 5 3777380.

(Mikuž, H., 2001, 2013)

(20)

- 13 -

3.2 Postopek zbiranja in priprave posnetkov za nadaljnjo obdelavo ter postopek dolo č anja sija neba na posnetkih

3.2.1 Posnetki, narejeni v obdobju 1992–1998

Teleskopi oz. objektivi, s katerimi je bila narejena prva skupina posnetkov v obdobju 1992–1998, so našteti v spodnji tabeli.

Goriščna razdalja f

[mm]

f/D Tip CCD kamere

Tip teleskopa Skala velikosti slikovnega elementa (točke) 355 6,7 Wright 36-cm f/6,8 S-C 1,9'' x 1,9'' 400 2,0 ST-6 20-cm f/2 Baker-Schmidt 11,8'' x 13,9''

90 2,8 Wright 90-mm objektiv 50,4'' x 50,4''

90 4,0 ST-6 90-mm objektiv 50,4'' x 50,4''

180 2,8 Wright 180-mm objektiv 25,2'' x 25,2''

35 2,8 ST-6 35-mm objektiv 129,6'' x 129,6''

35 3,5 ST-6 35-mm objektiv 129,6'' x 129,6''

760 4,0 Wright 19-cm f/4 flat-field S-C 5,8'' x 5,8'' 250 4,0 Wright 250-mm objektiv 18,1'' x 18,1''

Tabela 1: Seznam teleskopov in objektivov, s katerimi so bili narejeni posnetki v obdobju 1992-1998.

Podatki v tabeli so pridobljeni iz dnevnikov, ki so jih vodili astronomi med izvajanjem opazovanj. Iz tabele je prav tako razvidno, da sta bili uporabljeni dve CCD kameri:

- Wright, s 4,7 detektiranimi elektroni na enoto (ADU) in s 65 % kvantnim izkoristkom, - ST-6, s 6,3 detektiranimi elektroni na enoto (ADU) in s 55 % kvantnim izkoristkom.

Pri opazovanjih je bil uporabljen V filter, ki ima vrh prepustnosti pri valovni dolžini približno 550 nm in se na različne valovne dolžine svetlobe odzove podobno kot človeško oko. (Dnevniki …, 1992–1998)

Pri obdelavi podatkov, pridobljenih iz posnetkov oz. na podlagi posnetkov, sta bila poleg programa Microsoft Office Excel 2007 uporabljena naslednja programa:

- FitsPro Image Processing Software za MS Win3.1/Win95/NT, verzija 1.0.1, 1996,

- Guide, verzija 7, © Project Pluto, 168 Ridge Road, Bowdoinham ME 04008, United States of America.

FitsPro je program za obdelavo posnetkov, napisan za MS Windows. Narejen je bil za prikaz visokoločljivih CCD posnetkov, kasneje mu je bilo dodanih še več funkcij, med

(21)

- 14 -

njimi tudi uporabniku prijazen postopek za CCD aperturno fotometrijo. S pomočjo tega programa smo določili sij neba na posnetkih. (Informacije o programu Fitspro …, 2013) Program Guide je računalniški planetarij. Program se uporablja za generiranje kart velikosti do 180° (cela polobla) in z ločljivostjo do 1 ločne sekunde. Ob tem prikaže celo paleto nebesnih objektov. Karte so namenjene tako uporabi pri opazovanju na terenu kot tudi pri delu s teleskopi. S pomočjo tega programa smo določili višino in azimut opazovanega kometa. (Informacije o programu Guide, 2012)

Za posnetke do leta 1995 so bile meritve sija neba že narejene in smo jih našli v arhivu observatorija na Golovcu (v nadaljevanju: AGO), ki se nahaja na naslovu: Astronomsko- geofizikalni observatorij, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko, Pot na Golovec 25, 1000 Ljubljana. Delo smo nadaljevali in za posnetke, ki še niso bili obdelani, s pomočjo programa FitsPro določili sij neba in podatke dodali v tabelo.

S pomočjo programa Guide smo nato zaradi pomena azimuta pri snemanju posnetka in višine posnetega dela neba na sij neba za vse posnetke določili še ti dve količini. Višino in azimut za posnetke je bilo na ta način možno določiti predvsem zato, ker so bili vsi posnetki narejeni zaradi opazovanja točno določenega kometa, katerega položaj na določen datum je bilo možno poiskati s pomočjo omenjenega programa. V nasprotnem primeru bi bilo potrebno prepoznati eno izmed zvezd na posnetku in odčitani navidezni sij zvezde s posnetka primerjati z že znanim iz tabel ter na ta način določiti dejanski sij neba na posnetku. To pa bi lahko naredil le izkušen astronom, saj je identifikacija posameznih objektov včasih težavna in negotova.

Vse podatke smo sproti vnašali v tabelo programa Microsoft Office Excel (različice 1997–

2007; v nadaljevanju: program Excel). Nato smo vnesene podatke uporabili za nadaljnje računanje sija neba z izločanjem vplivov uporabe različne opreme pri snemanjih na končni rezultat. Za računanje in predstavitev podatkov z grafi smo prav tako uporabili program Excel.

V tabelo smo najprej vnesli naslednje podatke, ki smo jih odčitali bodisi s posameznega posnetka bodisi iz dnevnikov, ki so jih vodili astronomi med izvajanjem opazovanj, oz.

smo jih poiskali s pomočjo programa Guide:

- datum in čas nastanka posnetka,

- vrsto teleskopa, s katerim je bil posnetek narejen,

- velikost zbiralne površine uporabljenega teleskopa ( ^·, kjer je S zbiralna

(22)

- 15 - površina v mm², D pa premer osnovnega zrcala), - goriščno razdaljo zrcala uporabljenega teleskopa, - ime CCD kamere, ki je bila uporabljena,

- površino točke detektorja CCD kamere,

- število elektronov na ADU in kvantni izkoristek uporabljene CCD kamere, - ime opazovanega kometa,

- čas osvetlitve posnetka,

- odčitane enote sija neba za posamezen posnetek in predvideno napako meritve (program FitsPro),

- višino opazovanega dela neba za posamezen posnetek (Guide), - azimut opazovanega dela neba za posamezen posnetek (Guide),

- opombe iz dnevnikov astronomov, ki so izvajali opazovanja, za posamezni posnetek (vremenske razmere, prisotnost Lune na nebu).

(Dnevniki …, 1992–1998)

Sledil je izračun sija neba za posamezen posnetek, v katerem smo izločili vpliv uporabe različnih teleskopov in CCD kamer ter časov osvetlitve na končni rezultat.

Posnetki so bili narejeni z različnimi osvetlitvami, zato smo najprej izračunali, kakšno bi bilo število enot sija neba, ki smo jih odčitali s pomočjo programa FitsPro, za vse posnetke pri isti, 1-minutni, osvetlitvi:

· 60 ,

kjer je tosv znani čas osvetlitve posnetka, Nfts pa so odčitane enote neba s posnetkov s programom FitsPro.

Nato smo izračunali število detektiranih elektronov na točko za posamezen posnetek ter pri tem izločili vpliv uporabe različnih CCD kamer na končni rezultat:

· ,

kjer je vrednost ADU 4,7 za Wright-ovo CCD kamero oz. 6,3 za ST-6 CCD kamero.

Nadaljevali smo z izračunom kota neba v kvadratnih ločnih sekundah:

^!^"· #_$^%,

kjer je f goriščna razdalja zrcala teleskopa v mm, Sd površina točke detektorja v mm² (0,000484 za Wright CCD in 0,000621 za ST-6 CCD) in #_$ konstanta za pretvorbo radianov v stopinje.

(23)

- 16 -

Potem smo izračunali še število detektiranih elektronov na kvadratno ločno sekundo na podlagi že prej določenih vrednosti:

& ^'(_& .

V naslednjem koraku smo izračunali število vpadnih fotonov na kvadratni meter na kvadratno ločno sekundo. Pri tem smo upoštevali občutljivost CCD kamere na končni izračun, za izločitev vpliva odbojnosti vpliva 2 zrcal in filtra pa uporabili še eno konstanto:

! )

*+·,·!·$-^./,

pri čemer je QE kvantni izkoristek detektorja (55 % za ST-6 CCD kamero in 65 % za Wright-ovo CCD kamero), #_% konstanta z vrednostjo 0,8 (približno privzeta vrednost na podlagi odbojnosti 2 zrcal in filtra), S pa velikost zbiralne površine teleskopa v mm². (Dintinjana, B., 2001, 2013)

Nato smo izračunali gostoto svetlobnega toka za vpadne fotone na kvadratni meter na kvadratno ločno sekundo:

0 1

23('4 · 5 6₇^,,

pri čemer je h Planckova konstanta 86,63 · 10^<=>?, c hitrost svetlobe 13 · 10^{@ A}4, vrh prepustnosti V filtra pri valovni dolžini 550 nanometrov. B_$A ima vrednost 60 s za vse meritve. To je čas, s katerim moramo deliti naše pridobljeno število fotonov na kvadratni meter na kvadratno ločno sekundo, da dobimo to vrednost še na sekundo in ne za 1- minutno osvetlitev.

Za zaključek smo v zadnjem koraku sij neba izrazili v magnitudah na kvadratno ločno sekundo:

C C_- D 2,5 · GHI_$-1_J^J

K4,

pri čemer smo za primerjalno zvezdo C_- vzeli zvezdo z magnitudo 0 ter s pomočjo pretvornika magnitud v gostoto svetlobnega toka na spletni strani Gemini observatorija dobili za zvezdo te magnitude svetlobni tok 2,1 · 10^{<@ L}_A, pri nastavljenem filtru Johnson V in valovni dolžini 0,55 · 10^<MC. (Pretvornik …, 2013)

V zadnjem koraku smo izračunani sij neba zapisali v enotah, v katerih je običajno predstavljen na grafu. Rezultate teh meritev žal ne moremo povezati s kasnejšimi oz.

kvantitativno primerjati z drugimi. Lahko jih primerjamo le med seboj, saj naša primerjalna zvezda ni ena izmed zvezd s posnetkov, vrednost gostote svetlobnega toka te

(24)

- 17 -

primerjalne zvezde pa smo dobili s pomočjo spletnega pretvornika za pretvorbo magnitud v gostoto svetlobnega toka .

Pri analizah, narejenih v naslednjem poglavju, je bilo potrebno upoštevati še vpliv azimuta in višine nad obzorjem na sij neba na posameznem posnetku ter vpliv drugih dejavnikov, kot sta recimo vreme in prisotnost Lune nad obzorjem, na končni rezultat.

Skupno je bilo tako obdelanih 294 posnetkov, ki so nastali med 14. novembrom 1992 in 9. decembrom 1998. Tabela z vsemi odčitanimi in izračunanimi podatki je priložena diplomskemu delu (Priloga 1).

3.2.2 Posnetki, narejeni v obdobju 2005–2013

Druga skupina posnetkov je bila narejena v obdobju 2005–2013 z vsenebno kamero.

Slika 2: Posnetek, narejen 20. avgusta 2012 z vsenebno kamero na observatoriju Črni Vrh.

Vir slike: Arhiv Astronomskega observatorija Črni Vrh, Predgriže 29a, 5274 Črni Vrh nad Idrijo, Slovenija.

Od avgusta 2004 dalje na observatoriju Črni Vrh kot podporo opazovanju na daljavo uporabljajo vsenebno kamero. Z njeno pomočjo lahko astronomi vsak trenutek preverijo, ali so razmere primerne za opazovanje. Vsako jasno noč neprestano snemajo nebo ter pojave, kot so meteorji, sateliti ipd. Njena mejna magnituda se giblje okoli vrednosti 5,5.

Sistem za snemanje z vsenebno kamero (v nadaljevanju: sistem) se je do sedaj spremenil

(25)

- 18 - nekajkrat:

- prvotna različica je bila v uporabi od avgusta 2004 do 25. maja 2006, - druga različica je bila v uporabi od 26. maja 2006 do 12. septembra 2009, - tretja postavitev je bila v uporabi od 13. septembra 2009 do 21. oktobra 2012, - četrta postavitev je bila v uporabi od 22. oktobra 2012 do 4. januarja 2013, - peta postavitev se še vedno uporablja, in sicer od 5. januarja 2013 dalje.

Pri tem se je uporabljala oz. se še uporablja naslednja oprema:

- od prve postavitve dalje se uporablja kamera SBIG ST-7XMEI CCD, opremljena s širokokotno 2,8/16 mm f. l. lečo, s CCD senzorjem KAF-0402XME (9 mikronske točke, 85 % kvantni izkoristek (QE) pri 650 nanometrih),

- za drugo postavitev so vbočeno (konkavno) zrcalo s premerom 115 mm in goriščno razdaljo 35 mm, na katerem vidimo iz razdalje 0,5 m sliko celotnega neba od obzorja do obzorja, zamenjali z izbočenim (konveksnim) zrcalom s premerom 150 mm in s premazom visoke kakovosti (90 %), ki omogoča detekcijo šibkejših zvezd in premikajočih se objektov,

- sledile so različne spremembe, kot so: spreminjanje razdalje med objektivom in zrcalom, aluminizacija zrcala, spreminjanje programov ...

(Informacije o opazovanjih …, 2013; Dintinjana, B., 2001, 2013)

Efektivna goriščna razdalja sistema je 2,5 mm, ločljivost slike je okoli 15'/točko, običajen čas osvetlitve v temni noči brez Lune pa je okoli 60 sekund. Čas osvetlitve se zmanjša avtomatsko, če je Luna nad obzorjem. CCD kamera posnetek prenese zelo hitro, v eni sekundi, zaradi česar sta izgubljena le 1–2 % časa snemanja. Slike, ki jih posname vsenebna kamera, obdelujejo v Linux okolju s programsko opremo Tserver (odštejejo bias in temne posnetke) in shranjujejo na disk, zjutraj pa poseben program izdela posnetek, ki je dostopen na spletni strani observatorija. Programska oprema kamere, ki jo je nadgradil Bojan Dintinjana, fotometrira zvezdo Severnico in okoliško nebo, sproti kalibrira podatke in riše graf na spletu v realnem času. Kalibracija je narejena na zvezdah Landoltovih sekvenc, posnetih s 60-centimetrskim teleskopom Cichocki na isti lokaciji, meritve pa kalibrirane na standardni Johnsonov V CCD filter. (Informacije o opazovanjih …, 2013) Poleg posnetkov, ki so shranjeni v arhivu observatorija Črni Vrh v obliki fits datoteke, imajo v arhivu tako za vse posnetke shranjene tudi grafe atmosferske ekstinkcije in sija neba v magnitudah na kvadratno ločno sekundo v odvisnosti od časa. Postopek pridobivanja in računanja podatkov, ki so potrebni za izdelavo teh grafov, je bolj natančno

(26)

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta

opisan v naslednjem odstavku.

Sij neba na vsenebni kameri izmerijo v okolici zvezde alpha UMi (Polaris, ozvezdje Mali medved) z uporabo procedure phot, ki je del programske opreme Iraf. Iraf je sistem programov, ki so namenjeni redukciji in analizi astronomskih podatkov, ki jih pridobi posnetkov. Z omenjeno proceduro dolo

parameter MSKY. Parameter MSKY izmerijo zvezde. Nato naredijo

vrednosti. Tako izločijo morebitno kontaminacijo okolice s sve Sledi izračun vrednosti

časom osvetlitve slike ITIME, ki je tipi ločno sekundo:

0_N _RSRO+^O!PQ,

C_N 2,60 T 2,5 · GHI

Aditivna konstanta 15,17 vsebuje faktor pretvorbe lo instrumentalni sij zvezde z inst

(primerjalna zvezda v formuli

Slika 3: Grafa sija neba

posnetka vsenebne kamere z dne 13. marca 2007 Vir slike: Arhiv Astronomskega observatorija

Oba grafa, narejena na podlagi snemanja na dolo oblike png, kot je vidno na sliki št. 3.

odvisnosti od časa, spodnji graf pa sekundo v odvisnosti od

Pedagoška fakulteta Tanja

- 19 - naslednjem odstavku.

Sij neba na vsenebni kameri izmerijo v okolici zvezde alpha UMi (Polaris, ozvezdje Mali medved) z uporabo procedure phot, ki je del programske opreme Iraf. Iraf je sistem programov, ki so namenjeni redukciji in analizi astronomskih podatkov, ki jih pridobi posnetkov. Z omenjeno proceduro določijo vrednost sija neba na toč

parameter MSKY. Parameter MSKY izmerijo v kolobarju na razdalji od 10 do 20 to jo histogram porazdelitve vrednosti neba in odreže

čijo morebitno kontaminacijo okolice s svetlo zvezdo ali vro sija neba na časovno enoto, tako da vrednost sija neba

e slike ITIME, ki je tipično 60 s, ter preračun v magnitude na kvadratno

GHI_$-1_J^U-

'VWX4 T 15,17.

Aditivna konstanta 15,17 vsebuje faktor pretvorbe ločne sekunde na to sij zvezde z instrumentalnim fluksom 50 ADU enot na (primerjalna zvezda v formuli). (Dintinjana, B., 2001, 2013)

sija neba in ekstinkcije v odvisnosti od časa, izdelana rač posnetka vsenebne kamere z dne 13. marca 2007.

slike: Arhiv Astronomskega observatorija Črni Vrh, Predgriže 29a, 5274 Črni Vrh nad

Oba grafa, narejena na podlagi snemanja na določen datum, sta shranjena v eni datoteki oblike png, kot je vidno na sliki št. 3. Na njej zgornji graf prikazuje ekstinkcijo v

asa, spodnji graf pa prikazuje sij neba v magnitudah na kvadratno lo sekundo v odvisnosti od časa. S spodnjega grafa v teh datotekah je bilo potrebno od

Tanja Žontar; diplomsko delo

Sij neba na vsenebni kameri izmerijo v okolici zvezde alpha UMi (Polaris, ozvezdje Mali medved) z uporabo procedure phot, ki je del programske opreme Iraf. Iraf je sistem programov, ki so namenjeni redukciji in analizi astronomskih podatkov, ki jih pridobijo s ijo vrednost sija neba na točko v ADU enotah in v kolobarju na razdalji od 10 do 20 točk od histogram porazdelitve vrednosti neba in odrežejo +/- 3 sigma zvezdo ali vročo točko.

asovno enoto, tako da vrednost sija neba delijo s agnitude na kvadratno

ne sekunde na točko, 2,60 pa je 0 ADU enot na sekundo

računalniško na podlagi

rni Vrh nad Idrijo, Slovenija.

, sta shranjena v eni datoteki gornji graf prikazuje ekstinkcijo v sij neba v magnitudah na kvadratno ločno je bilo potrebno odčitati

(27)

Univerza v Ljubljani – Pedagoška fakulteta

najmanjšo vrednost, ki jo zavzame sij neba odčitavanjem sija neba smo i

grafu presegla vrednost 0,5 oz. je bila razpršenost to svetlost neba. Prav tako smo iz

spodnjega grafa v posamezni datoteki

Slika 4: (levo) Primer izloč Slika 5: (desno) Primer izlo

Vira slik: Arhiv Astronomskega observatorija

Primere izločenih datotek predstavljajo odčitali iz prvega dela krivulje, a ker smo ga ko sta bila tako Sonce kot Luna pod obzorjem na sliki, ni bilo mogoče narediti.

18. ure in je zašla šele proti j

Slika 6: Primer izločenega grafa (narejenega na podlagi posnetka z dne 29 Vir slike: Arhiv Astronomskega observatorija

Pedagoška fakulteta Tanja

- 20 -

ki jo zavzame sij neba na opazovanem mestu v dolo

njem sija neba smo izločili vse datoteke, pri katerih je ekstinkcija na zgornjem grafu presegla vrednost 0,5 oz. je bila razpršenost točk prevelika, da bi bilo možno od

Prav tako smo izločili datoteke, na katerih so bile preveč v posamezni datoteki.

rimer izločenega grafa (narejenega na podlagi posnetka z dne

izločenega grafa (narejenega na podlagi posnetka z dne 20. 6.

: Arhiv Astronomskega observatorija Črni Vrh, Predgriže 29a, 5274 Črni Vrh nad

h datotek predstavljajo slike št. 4, 5 in 6. Na sliki št. 6

la krivulje, a ker smo ga vedno odčitali le v najbolj temnem delu no ko sta bila tako Sonce kot Luna pod obzorjem, tega v tem primeru, kot je razvidno z grafov

če narediti. Sonce je ta dan zašlo okoli 20. ure, Luna pa je vzšla okoli 18. ure in je zašla šele proti jutru.

enega grafa (narejenega na podlagi posnetka z dne 29 Vir slike: Arhiv Astronomskega observatorija Črni Vrh, Predgriže 29a, 5274 Črni Vrh nad

Tanja Žontar; diplomsko delo

na opazovanem mestu v določeni noči. Pred , pri katerih je ekstinkcija na zgornjem k prevelika, da bi bilo možno odčitati , na katerih so bile preveč razpršene vrednosti

(narejenega na podlagi posnetka z dne 11. 12. 2005).

enega grafa (narejenega na podlagi posnetka z dne 20. 6. 2011).

sliki št. 6 bi sij neba lahko itali le v najbolj temnem delu noči, primeru, kot je razvidno z grafov e ta dan zašlo okoli 20. ure, Luna pa je vzšla okoli

enega grafa (narejenega na podlagi posnetka z dne 29. 8. 2012).

(28)

- 21 -

Čas vzhajanja in zahajanja Lune ter Sonca na določen datum smo preverili v astronomskem koledarju na spletnem portalu o astronavtiki in astronomiji VESOLJE.NET.

(Astronomski koledar, 2012)

Iz arhiva so nam odstopili 1151 png datotek, ki so nastale na podlagi snemanj vsenebne kamere med 24. julijem 2005 in 29. avgustom 2012. Na koncu nam je po izločitvi neustreznih datotek za obdelavo ostalo 528 png datotek.

Minimum krivulj na slikah smo odčitali kar z zaslona, s pomočjo geotrikotnika.

Programiranje, ki bi ga morali uporabiti pri natančnejši obdelavi datotek, bi bilo za naše potrebe preveč zahtevno, saj smo želeli pokazati le trend spreminjanja sija neba.

V tabelo programa Excel smo sproti vnašali naslednje podatke:

- ime slike posamezne png datoteke oz. slike grafov, npr. nebo_2010-08-10.png, - datum nastanka posamezne png datoteke,

- odčitan minimum grafa magnitude na kvadratno ločno sekundo v odvisnosti od časa.

Od začetka obdelave datotek vsenebne kamere do dokončne analize podatkov je spet minilo eno leto, zato so nam iz arhiva AGO odstopili že odčitane minimume grafov magnitude na kvadratno ločno sekundo v odvisnosti od časa za zadnje leto – 103 dodatni odčitki, za čas od 29. avgusta 2012 do 3. decembra 2013. (Dintinjana, B., 2001, 2013) Skupaj smo imeli za analizo sedaj na voljo 631 odčitkov za obdobje zadnjih osmih let.

Naknadno smo v tabelo vnesli še vrednosti odštetih oz. prištetih konstant zaradi spreminjanja snemalnega sistema ter minimume grafov magnitude na kvadratno ločno sekundo v odvisnosti od časa z dodano konstanto. Več o določanju te konstante je zapisano v naslednjem poglavju.

Tabela z vsemi odčitanimi podatki je priložena diplomskemu delu (Priloga 2).

(29)

- 22 -

4 SPREMINJANJE SIJA NOČNEGA NEBA NA POSNETKIH

4.1 Spreminjanje sija no č nega neba v obdobju 1992–1998

Kot prvi korak pri analizi podatkov posnetkov kometov smo vseh 294 grobih rezultatov meritev iz obdobja 1992-1998 prikazali na spodnjem grafu št. 1. Graf prikazuje spreminjanje sija nočnega neba v odvisnosti od časa. Zdi se, da sij neba narašča, a ker so točke v grafu precej razpršene, smo v nadaljevanju poskušali pojasniti vzrok prevelikih odstopanj nekaterih meritev od povprečja. Te meritve smo v primeru, da smo poleg umetnih virov svetlobe našli še kakšen drug vzrok za povečan sij neba, izločili.

Graf 1: Sij neba v odvisnosti od časa za vseh 294 meritev iz obdobja 1992–1998. Narisane so tudi meritve, ki smo jih zaradi kontaminacije z naravnimi viri svetlobe ali nejasnega vremena kasneje izločili.

Najprej smo preverili zapiske astronomov, avtorjev posnetkov, ki so v evidenco opazovanj poleg datuma, ure, imena kometa, opreme, s katero so snemali, in časa osvetlitve vpisovali tudi vremenske razmere, ki bi lahko vplivale na kvaliteto posnetkov. Na podlagi te evidence smo izločili posnetke, na katerih je bil povečan sij neba posledica Lune nad obzorjem, velikosti kome kometa na posnetku, oblakov oz. cirusov in meritev, ki so preveč razsute (več kot 10-odstotno standardno odstopanje v programu Fitspro). Izločili smo 67

20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 26,0 Sij neba [magnitude na kvadratno ločno sekundo]

Datum

(30)

- 23 -

meritev, ki so v priloženi tabeli v prilogi obarvane sivo. Tudi pri nekaterih posnetkih ostalih kometov vrednost odčitanega sija neba izstopa, a Luna in drugi vplivi niso omenjeni, zato jih za sedaj nismo izločili.

Preden nadaljujemo, naj še enkrat poudarimo, da vrednosti sija neba iz tega obdobja ne bomo mogli primerjati s tistimi iz obdobja 2005–2013. Že v predhodnem poglavju smo omenili, da smo v izračunu sija neba v magnitudah na kvadratno ločno sekundo za gostoto svetlobnega toka primerjalne zvezde uporabili neke vrste konstantno vrednost zvezde z magnitudo 0 in ne dejanske vrednosti gostote svetlobnega toka ene izmed zvezd na posnetku. Morda so zato vrednosti iz tega obdobja malo višje oz. je sij neba precej manjši kot v obdobju 2005–2013, v katerem se vrednosti sija neba gibljejo nekje od 20. do 22.

magnitude na kvadratno ločno sekundo. Vrednosti iz obdobja 1992-1998 so višje (torej naj bi bilo nebo temnejše) tudi od tistih, ki jih je dobil avtor članka, ki ga predstavljamo v naslednjem poglavju, za področja na Poljskem v približno enakem obdobju. To pomeni, da lahko vrednosti iz obdobja 1992–1998 primerjamo med seboj, za kaj več pa bi se morali ponovno lotiti pregledovanja posnetkov in odčitavanja podatkov z njih.

Graf 2: Sij neba v odvisnosti od časa za meritve iz obdobja 1992–1998 po izločitvi nekaterih meritev zaradi Lune nad obzorjem, oblakov ...

Iskanje trenda spreminjanja sija neba smo nadaljevali s preostalimi 227 meritvami, ki smo jih predstavili na grafu št. 2. Iz grafa je razvidno, da izstopajo meritve iz leta 1997.

Datum

(31)

- 24 -

Na večini posnetkov iz prvih štirih mesecev leta 1997 je komet Hale-Bopp (z oznako C/1995 O1). Zaradi velike kome kometa Hale-Bopp, ki zavzema večji del posnetka, smo na posnetku težko našli mesto za odčitek vrednosti sija neba. Lahko rečemo, da je cel posnetek svetlobno onesnažen zaradi kometove kome. Iz nadaljnjih analiz smo zato v naslednjem koraku izločili še vse tiste posnetke kometa, ki jih nismo že predhodno izločili zaradi drugih razlogov in ki so bili narejeni med januarjem in majem 1997, ko je bil komet najsvetlejši in se je gibal nizko nad obzorjem. Po izločitvi nam je ostalo 209 meritev, ki so prikazane na grafu št. 3.

Graf 3: Sij neba v odvisnosti od časa za meritve iz obdobja 1992–1998 po nadaljnji izločitvi posnetkov, tokrat posnetkov kometa Hale-Bopp (januar 1997–maj 1997).

Točke v grafu so še vedno precej razpršene kljub računski obdelavi podatkov, s katero smo izločili vpliv različne snemalne opreme na rezultate, ter izločitvi posnetkov zaradi prevelike napake meritev, Lune nad obzorjem, oblakov ter kontaminacije posnetka zaradi prevelike kome kometa. Posnetki, ki jih obdelujemo, sicer niso bili narejeni z namenom spremljanja sija neba oz. stopnje svetlobne onesnaženosti neba, temveč je bilo snemanje usmerjeno v spremljanje kometov. Komete pa so snemali na različnih višinah, v različnih smereh, v različnih vremenskih razmerah, v različnih letnih časih, v različnih stopnjah Sončevega cikla ter ob različnih časih, zato je vso to množico podatkov res težko spraviti na nekakšen »skupni imenovalec« ter podati končne ugotovitve. Pri izločanju vplivov na

Datum