Forschung

Lichtverschmutzung nimmt schnell zu

24.01.2023 - Daten des weltweiten Citizen Science Projekts zur Lichtverschmutzung aus den letzten elf Jahren.

Menschen sehen weltweit immer weniger Sterne am Nachthimmel. Ursache hierfür ist vermutlich die Licht­verschmutzung in den Abend- und Nachtstunden, die pro Jahr um sieben bis zehn Prozent zunimmt. Diese Änderungsrate ist größer, als es Satellitenmessungen der künstlichen Lichtemissionen auf der Erde vermuten ließen. Zu diesem Befund kommt jetzt eine Studie, durchgeführt von einer Forschungs­gruppe um Christopher Kyba vom Deutschen Geoforschungs­zentrum GFZ und der Ruhr-Universität Bochum mit Kolleginnen und Kollegen vom GFZ und vom NOIRLab der US National Science Foundation. Im Rahmen des Citizen Science Projekts „Globe at Night“ haben sie hierfür aus dem Zeitraum 2011 bis 2022 mehr als 50.000 Beobachtungen mit bloßem Auge von Bürger­wissenschaft­lerinnen und - wissenschaftlern auf der ganzen Welt ausgewertet. Die Studie zeigt auch, dass die Citizen-Science-Daten eine wichtige Ergänzung zu bisherigen Mess­verfahren darstellen.
 

Über einem Großteil der Landober­fläche der Erde erstrahlt der Himmel auch lange nach Sonnen­untergang noch in einer künstlichen Dämmerung. Dieses künstliche Leuchten des Nachthimmels ist eine Form der Lichtver­schmutzung, die gravierende Auswirkungen auf die Umwelt hat und daher im Blick der Forschung stehen sollte, wie Constance Walker, Leiterin des Projekts Globe at Night des NOIRLab der NSF betont. Denn viele Verhaltens­weisen und physio­logische Prozesse von Lebewesen sind von tageszeitlichen und saisonalen Rhythmen bestimmt – und damit vom Licht beeinflusst. „Das Himmels­leuchten beeinträchtigt sowohl tag- als auch nachtaktive Tiere und zerstört außerdem einen wichtigen Teil unseres kulturellen Erbes“, sagt Walker. Die Erscheinung des Nachthimmels verändert sich, mit negativen Auswirkungen auf Sternen­beobachtung und Astronomie.

Die Änderung der Lichtver­schmutzung ist global gesehen und im Laufe der Zeit bislang nicht gut bekannt. Zwar kann das künstliche Himmelsleuchten im Prinzip von Satelliten gemessen werden. Doch die einzigen Instrumente im All, die die gesamte Erde überwachen können, haben keine ausreichende Mess­genauigkeit und Empfind­lichkeit. Ein vielver­sprechender Ansatz ist es daher, die Beobachtungskraft der Menschen und damit das menschliche Auge als Sensor zu nutzen, und dabei – im Rahmen von Citizen Science Experimenten – auf „die Macht der Vielen“ zu setzen. Bereits seit 2006 läuft das Projekt „Globe at Night“. Hieran können sich Menschen auf der ganzen Welt beteiligen.

Die Teilnehmenden betrachten ihren Nachthimmel und geben dann in einem Online-Formular an, welche von acht Sternkarten am besten zu dem passt, was sie sehen. Jede Karte zeigt den Himmel unter verschiedenen Graden an Lichtver­schmutzung. „Die Beiträge der einzelnen Menschen wirken zusammen wie ein globales Sensornetz, das uns einen ganz neuen Forschungsansatz ermöglicht“, sagt Christopher Kyba. Gemeinsam mit seinem Kollegen Yigit Öner Altıntas sowie Constance E. Walker und Mark Newhouse vom NOIRLab hat er Daten von 51.351 Beobach­tungen auf der ganzen Welt ausgewertet, die zwischen 2011 und 2022 in wolken- und mondfreien Nächten gemacht wurden. Sie repräsen­tieren 19.262 Standorte weltweit, davon 3.699 Orte in Europa und 9.488 Orte in Nordamerika. Um aus diesen Daten eine Veränderungs­rate der Himmels­helligkeit zu errechnen und dabei zu berücksichtigen, dass sich die Beobachtenden auch über die Jahre jeweils an anderen Standorten befanden, haben sie zusätzlich ein globales Modell für die Himmelshelligkeit benutzt, das auf Satelliten­daten des Jahres 2014 basiert.

„Die Geschwin­digkeit, mit der Sterne für Menschen in städtischen Umgebungen unsichtbar werden, ist dramatisch“, resümiert Christopher Kyba. Die Forschenden schätzten die Änderungen der Himmels­helligkeit anhand der Anzahl der sichtbaren Sterne ab. So ergaben sich für Europa 6,5 Prozent mehr Helligkeit pro Jahr, für Nordamerika ein Plus von 10,4 Prozent. Um diese Zahlen zu veran­schaulichen, erläutert Kyba die Konse­quenzen, die sich für die Beobachtbarkeit von Sternen an einem Ort mit einer Helligkeitszunahme von 9,6 Prozent pro Jahr ergeben würden. Das entspricht dem aktuell ermittelten weltweiten Durchschnitt. „Wenn die Entwicklung so fort­schreitet, wird ein Kind, das an einem Ort geboren wird, an dem 250 Sterne sichtbar sind, dort an seinem 18. Geburtstag nur noch einhundert Sterne sehen können.“

Die Geschwin­digkeit dieser Entwicklung hatten die Forschenden – nach Analyse der Satellitendaten – so nicht erwartet. Im Gegenteil hatten diese für die Standorte der Beobach­tenden sogar darauf hingedeutet, dass die künstliche Helligkeit leicht abgenommen hat um 0,3 Prozent pro Jahr in Europa, um 0,8 Prozent in Nordamerika. Christopher Kyba glaubt, dass der Unterschied zwischen der menschlichen Beobachtung und den Satelliten­messungen wahrscheinlich auf Veränderungen in der Beleuchtungs­praxis zurückzuführen ist: „Satelliten reagieren am empfind­lichsten auf Licht, das nach oben gen Himmel gerichtet ist. Aber es ist horizontal abgestrahltes Licht, das den größten Teil des Himmels­leuchtens ausmacht“, erklärt Kyba. „Wenn also Werbung und Fassaden­beleuchtungen häufiger, größer oder heller werden, könnten sie einen großen Einfluss haben, ohne dass sich das auf den Satelliten­bildern entsprechend widerspiegelt.“

Als weiteren Faktor nennen die Autoren die weit verbreitete Umstellung von orange­farbenen Natrium­dampflampen auf weiße LEDs, die auch blaues Licht aussenden. „Unsere Augen sind nachts empfindlicher für blaues Licht, und blaues Licht wird in der Atmosphäre eher gestreut, trägt also stärker zum Himmels­leuchten bei“, sagt Kyba. „Aber der einzige Satellit, der die ganze Erde bei Nacht abbilden kann, ist im Wellenlängen­bereich des blauen Lichts nicht empfindlich.“ Auch der Citizen Science Ansatz hat allerdings seine Limitierungen. So bestimmt die Anzahl der Teilnehmenden aus den verschiedenen Regionen der Welt die Aussage­kraft über räumliche und zeitliche Trends. Bislang beteiligen sich vor allem Menschen aus Nordamerika und Europa an dem Experiment, und die Hälfte der asiatischen Beiträge stammt aus einem einzigen Land: Japan. „Die meisten Daten stammen aus den Regionen der Erde, in denen das Himmels­leuchten derzeit am stärksten ausgeprägt ist. Das ist nützlich, aber es bedeutet, dass wir nicht viel über die Verän­derungen des Himmelslichts in Regionen mit wenigen Beobachtungen sagen können“, betont Kyba. Gerade in Entwicklungs­ländern werden rasche Veränderungen der künstlichen Himmels­beleuchtung vermutet, aber dort gibt es bislang nur wenige Beobachtungen.

Aus ihren Ergebnissen ziehen die Forschenden zwei wesentliche Schlüsse: Zum einen zeige sich, dass die aktuelle Beleuchtungs­praxis und -politik etwa durch den zunehmenden Einsatz von LEDs trotz wachsenden Bewusst­seins hinsichtlich der Lichtver­schmutzung zumindest auf konti­nentaler Ebene noch keine Verbesserung bewirkt hat. ;„Und zum anderen konnten wir demonstrieren, dass die Citizen Science Daten eine wichtige Ergänzung zu den bisherigen Mess­verfahren darstellen“, wie Kyba betont. Constance Walker fügt hinzu: „Hätten wir eine breitere Beteiligung, könnten wir Trends für andere Kontinente und möglicher­weise sogar für einzelne Staaten und Städte ermitteln. Das Projekt ist noch nicht abgeschlossen, also schauen Sie heute Abend ruhig mal rein und sagen Sie uns, was Sie sehen!“

GFZ / JOL

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