Методом визуального освещения масштабов проблемы потери темного неба являются спутниковые снимки поверхности городов и других районов, подверженных загрязнению искусственным светом. Ночные изображения Земли получены в результате программы Военно-воздушных сил Соединенных Штатов с начала 1970-х годов в рамках Программы оборонных метеорологических спутников (DMSP). Первое глобальное изображение было получено Вудраффом Салливаном в конце 1980-х годов. На этих изображениях было показано только географическое распределение источников на поверхности Земли, поскольку спутниковые датчики были насыщены сильным световым потоком, который они не излучали, и количественные измерения были невозможны. С 1998 года доступны данные для количественных измерений световых потоков, направленных вверх источниками. Однако спутниковые данные не дают никакой прямой информации о воздействии светового потока на ночное небо, вызванного распространением светового загрязнения. Эта информация только затем обрабатывается на обратной стороне, так что область, отмеченная на карте, также хорошо освещенная, также распознается на освещенном светом ночном небе.
Измерения световых потоков, направленных вверх, излучаемых источниками света на поверхности Земли, производятся на основе спутниковых данных DMSP, а затем рассчитывается влияние на ночное небо путем моделирования распространения света в атмосфере.
Каждый спутник DMSP имеет 101 минуту, синхронизированную с солнечной орбитой вблизи полюса, на высоте 830 км над поверхностью Земли. Датчики видимого и инфракрасного излучения (OLS) собирают изображения на площади 3000 км, обеспечивая глобальный охват два раза в день. Сочетание дневных / ночных и утренних / вечерних спутников позволяет отслеживать глобальную информацию, такую как облака, каждые 6 часов. Микроволновый (MI) датчик и зонд (T1, T2) покрывают половину видимой области в видимом и инфракрасном свете. Эти инструменты охватывают полярные области, по крайней мере, дважды, а экваториальные области, по крайней мере, один раз в день. Космические датчики (J4, M, IES) измеряют плотность, скорость, состав и направления потока плазмы вдоль пути спутника.
Создатели первого, Мировой Атлас Света Ночного Неба - Пьерантонио Чинцано и Фабио Фальчи из Университета Падуи в Италии и Криса Элвиджа из Национального центра геофизических данных. Проект был поддержан Итальянским научно-технологическим институтом светового загрязнения (ISTIL). Команда получила соответствующие данные из американской программы противовоздушной обороны США, которая отслеживала атмосферные, океанографические условия и условия взаимодействия между Солнцем и земной средой. Исследователи определили распространение светового загрязнения в аэрозольных атмосферах с учетом природных препятствий, таких как горные цепи, искривление земли и звездный свет.
В зависимости от типа карты могут быть описаны различные детали, такие как рассеяние света частицами и аэрозолями, угасание частей светового тракта, содержание аэрозоля в атмосфере, кривизна Земли, высота отдельных областей над уровнем моря, мониторинг гор, наблюдение за небом, естественная яркость неба. тушение звезд, возможности глаза и т. д. Карты общей яркости ночного неба показывают его качество в заданной области. Обычно они рассчитываются в зените из-за высоты над уровнем моря и естественной яркости неба.
На фотографии выше показано количество искусственного света, выходящего в космос ночью. Легко различить отдельные столицы штатов, промышленные центры, крупнейшие города, а также буровые платформы. В крупных городах, особенно в столицах штатов, можно заметить крупные мощеные магистральные автомобильные маршруты, образующие сеть связи с близлежащими городами. На их основе легко увидеть на Земном шаре, например, связи Москвы с такими городами, как Рязань, Калуга, Тверь и т. Д. Заметные «ветки» также являются эффектом расширения небольших городов вдоль основных коммуникационных артерий.
С другой стороны, на приведенном выше графике показана видимость звезд в данной области невооруженным глазом и ограниченная звездная величина, рассчитанная по спутниковым данным DMSP-OLS, P. При разработке приведенной выше карты общая яркость ночного неба учитывалась из-за высоты (в V-й величине в секунду). kątową2). Говоря о шкале величин, используемой в качестве основы для определения изменений, наблюдаемых в ночном небе, прежде всего необходимо показать, что это за шкала и что именно она определяет.
Величина магнитуды, известная как шкала магнитуд, обозначаемая либо аббревиатурой маг, либо m, является широко используемым показателем освещенности звезд, основанным на хромоте, введенной Птомелеем Клавдием (в Альмагасе в 140 г. н.э.), видимыми для шести групп яркости. Самые легкие звезды Птомелеуш назвал звездами первой величины (звездная, 1м), а самой слабой - шестую звезду (звездная, отметка 6м). В настоящее время величина определяет количество энергии электромагнитного излучения, достигающее единицу времени от данного объекта до единичной поверхности, установленной перпендикулярно направлению падения световых лучей. Поскольку освещение E, данное звездой первой величины, в сто раз больше, чем у звезды шестой величины, разница в величине звезды на 1 мегаватт. Определяет коэффициент яркости звезды, равный 5√100≈2,512. Звездная величина описывается формулой: m = -2,5 lg E + b, где E выражается в люксах, а постоянная b выбирается таким образом, чтобы рассчитанный таким образом объем звезды наилучшим образом соответствовал шкале Птолемея (в системе единиц СИ b b = -14,05). Самые яркие объекты на небе, такие как Солнце, Луна, самые яркие планеты (например, Венера, Марс) и самые яркие звезды (например, Сириус, Канопус), имеют отрицательную величину (величину) - явно выше яркого конца первоначальной шкалы Птолемея.
Возвращаясь к последней карте, следует упомянуть, что она была подготовлена учеными в чистой атмосфере с прозрачностью воздуха K = 1, соответствующей вертикальному исчезновению на частоте V, равной 0,33 звездной величины на уровне моря (0,21 звездной звезды на 1000 м над уровнем моря, 0,15 на высоте 2000 м над уровнем моря, горизонтальная видимость на уровне моря 26 км). Карта была масштабирована с 1996–1997 до 1998–1999 годов для учета наблюдений. Каждый пиксель имеет проекцию широты / долготы размером 30 x 30 дюймов. Границы стран приблизительны. Изображение холмов было упущено. Высота над уровнем моря берется из цифровых карт высот (DEM - из «цифровой карты высот») и влияет как на естественную, так и на искусственную яркость неба и исчезновение звезд. Естественная яркость неба зависит от выбранной точки обзора и высоты, и она рассчитывается с использованием моделей Гарстанга (1989), которые включают в себя свет от всего неба и те, которые рассеиваются вдоль линии обзора наблюдателя, а также с учетом атмосферных условий. Изображения холмов получаются путем изучения высоты каждого пикселя вдоль линии, соединяющей каждую страницу с каждым источником, а затем путем расчета максимального угла изображения. Исходя из этого, мы определяем сечение закрытой линии просмотра. Это очень трудоемкий процесс, особенно если линия обзора не вертикальная, так как требует вычисления каждой из его точек.
Более темные участки (белого цвета) выглядят несколько крупнее, чем на картах искусственной яркости ночного неба. Это явный эффект высоких контрастов между цветами, полученных итальянскими учеными (0,5 единицы величины / угловая секунда 2), который не показывает, где искусственная яркость неба начинает становиться естественной. Уровни соответствуют общей яркости неба в V-амплитуде / секунде дуги2.
> 21,5
белый
21-21,5
зеленый
20,5-21
Темно-зеленый
20-20,5
хаки
19,5-20
желтый
19-19,5
Темно-желтый
18,5-19
розовый
18-18,5
оранжевый
17.5-18
темно-бордовый
<17,5
Темно красный
Однако наиболее распространенными картами искусственного освещения при изучении данных со спутников DMSP являются красочные графики, отображающие топографию загрязнения в диапазоне от черного (естественная яркость неба) до красного и белого (во много раз превышающих яркость). Они не дают подробной информации о видимости неба, однако, они приближают распределение и интенсивность искусственного света на основе традиционных карт. Карты искусственного освещения ночного неба в зените на уровне моря позволяют сравнивать уровни светового загрязнения атмосферы, распознавать менее загрязненные районы и выявлять районы, особенно подверженные выходу света, и обычно находить их источники. Тем не менее, они не могут рассматриваться в качестве единственного ориентира при оценке качества темного неба. Например, стоит сравнить следующий рисунок, изображающий выбранный участок карты, с районом провинции. Силезия, разработанная на основе вышеизложенного данные со спутников DMSP. Исходя из этого, следует предположить, что ночное небо в значительной степени загрязнено по всей провинции, в то время как в ее северных, южных и даже западных регионах все еще можно любоваться Млечным путем.
На основе этих данных появились еще более точные исследования распределения искусственного света на Земле, и эффект от их обработки заключается в следующем наложении на карты Google C. Mayhewa и R. Simmon. Веб-сайт B lue Marble был создан по инициативе Центра космических полетов Годдарда и Национального центра геофизических данных NOAA:
Последним и наиболее точным инструментом, который мы можем использовать, является VIIRS (комплект видимого инфракрасного радиометра), размещенный на спутниках АЭС Суоми на орбите в 2011 году. Матрицы, основанные на этих данных, гораздо более детализированы и позволяют указывать не только интенсивность, но также местоположение и даже тип освещения в выбранной части карты с достаточно высокой точностью. Примером этого является модернизированная зона защиты темного неба CN-001 Сопотня Велька в провинции Силезия, где, как видно из рисунка ниже, мы впервые наблюдаем эффекты защиты темного неба в Польше, «видимого» с орбиты Земли.
Светло-зеленые и желтоватые области - это утечка искусственного света, обнаруженного измерительным прибором VIIRS, главным образом от уличного освещения в близлежащих городах, таких как Еленя, Кшижова или Сопотня Мала. Однако в Сопотнии-Вельке благодаря модернизации всего уличного освещения для защиты темного неба значительно снижается выход искусственного света, о чем свидетельствует бледно-зеленый цвет, и поэтому он слабее, чем соседние жилые районы. Единственная точка, указывающая на чрезмерное загрязнение искусственным светом, - это центральная точка города, где на самом деле до 2014 года все еще оставались незащищенные модели светильников в окрестностях местной церкви.
На основании этих карт стоит посмотреть, среди прочего площадь, предназначенная для парка Йизера Дарк Скай ,
