Novice

Dr. Peter Legiša, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Povzetek

Osnutek uredbe o preprečevanju svetlobnega onesnaževanja je zelo dobrodošel, vendar premalo upošteva problem svetlobe, ki se razširja v smereh blizu odoravnice. Ta svetloba ne povzroča samo bleščanja in nepotrebnega osvetljevanja spalnic, ampak ima tudi zelo negativen vpliv na živi svet in na podobo pokrajine.

Zapravljanje energije je posebno vidno pri dekorativni razsvetljavi. Večinoma so uporabljeni premočni širokokotni žarometi brez senčil in precejšen del svetlobe gre mimo cilja. Še zmeraj so v uporabi visokotlačne živosrebrne sijalke, čeprav jim izkoristek hitro pada in imajo zelo negativen vpliv na okolje.

V prihodnosti bomo morali močno vzdigniti standarde pri načrtovanju in izvedbi zunanje razsvetljave. Z uporabo popolnoma zasenčenih svetilk lahko zaradi zmanjšanega bleščanja brez škode zmanjšamo nivo osvetljenosti in tako prihranimo energijo. Pri osvetljevanju prehodov za pešce in križišč nima smisla osvetljevati še okolico.

Senzorji omogočajo veliko zmanjšanje stroškov za varnostno razsvetljavo. Uporaba učinkovitejših dušilk in elektronskih balastov prav tako pomeni občutne prihranke energije. Pri osvetljevanju stavb je potrebno upoštevati svetlost okolja.

Nezasenčene svetilke in problem bleščanja

Oglejmo si cestno svetilko, pritrjeno nekaj metrov nad prometno površino. To je lahko kroglasta svetilka na sliki 1. Svetlobo svetilke lahko razdelimo na tri dele.

Slika 1: Svetlobo, ki jo oddaja svetilka, lahko razdelimo na tri dele; koristno vlogo igra le tista v območju III.

Prvi del (I) je svetloba, ki gre nad vodoravnico. To je izgubljena energija, ki moti astronome in ptice selivke. Potem je svetloba, ki gre navzdol, a oklepa le majhen kot z vodoravnico – do nekako 10 stopinj. Ta svetloba (označena z II) zadene tla daleč od svetilke in pod majhnim kotom. Njen učinek na osvetlitev tal je zelo šibek. Poleg tega meče dolge sence, tako da ne igra kake koristne vloge. Pač pa ta svetloba pada praktično pravokotno na oči ljudi, usmerjenih proti svetilki. Tako ima lahko močan negativen vpliv, saj moti prilagoditev oči na slabe svetlobne razmere. Pravimo, da ta svetloba povzroča bleščanje.

Vsi poznamo bleščanje sonca, kadar je nizko nad obzorjem, ali bleščanje nasproti vozečih vozil ponoči in vemo, kakšno nevarnost predstavlja. Bleščanje je še posebno neprijetno za starejše ljudi. Pri njih namreč roženica in leča nista več povsem prozorni. Tako pride do razpršitve svetlobe v očesu in nastane svetlobna koprena, ki moti vid. Bleščanje cestne razsvetljave je odveč in zmanjšuje varnost na cesti.

Svetloba iz kategorij I (nad vodoravnico) in II (blizu vodoravnice) je vidna zelo daleč in privlači žuželke in druga živa bitja z zelo širokega območja, obenem pa ne igra koristne vloge in je zapravljanje energije. Kvari tudi videz nočne pokrajine, še posebno na podeželju. Želimo si torej svetilke, ki ne bodo oddajale svetlobe v teh smereh. Sprejemljiv kompromis so popolnoma (povsem) zasenčene svetilke, ki ne oddajajo svetlobe nad vodoravno ravnino, ki gre skozi žarnico v svetilki. Te svetilke imajo bleščanje navadno močno omejeno. Angleški izraz za popolnoma zasenčen je “full cutoff”, saj taka svetilka poreže vso svetlobo nad vodoravnico. Primere popolnoma zasenčenih svetilk najdete v prispevku zasenčene svetilke. Izdelujejo jih tudi pri nas. Na žalost pa namesto njih večinoma montirajo delno zasenčene svetilke, pri katerih prozorna kapa štrli iz ohišja. Ta kapa del svetlobe odbije in lomi nad vodoravnico, povzroča pa tudi bleščanje. Taka svetilka privlači žuželke z zelo širokega območja in insekti pogosto najdejo netesnosti v spojih (slika 2). Sloj mrtvih žuželk zmanjšuje izkoristek luči in zahteva čiščenje, ki na višini osem ali deset metrov ni ravno poceni.

Slika 2: Sloj mrtvih žuželk v delno zasenčeni svetilki

(Mimogrede, zelo dobro tehnično rešitev predstavljajo popolnoma zasenčene svetilke s filtriranjem zraka. Zaradi segrevanja in ohlajanja se zrak v svetilki razteza in krči. Tako je težko hermetično zapreti svetilko. Filter pa omogoča izenačitev tlaka, ne da bi prah in žuželke prodrli v svetilko.)

Slika 3: Razsvetljava na ulici Pod topoli v Ljubljani, je morda še uporabna za pešce, ki svoj pogled lahko odvrnejo od same svetilke. Voznikom pa zaradi bleščanja predstavlja bolj oviro kot pomoč

Nekateri projektanti, ki na nesrečen način prenašajo metode notranje razsvetljave v zunanjo, se problemu bleščanja skušajo izogniti tako, da žarnico (sijalko) zastrejo z mlečnim steklom ali plastiko. Na žalost zaradi močnega kontrasta med lučjo in temnim okoljem take svetilke še zmeraj slepijo, kot lahko lepo vidimo na sliki 3. Pojavijo pa se še drugi problemi. Površina zastora oddaja difuzno svetlobo v vse smeri, tudi nad vodoravnico. Izgube v zastoru znašajo na začetku kakih trideset odstotkov, s starostjo pa celo v očiščenem zaslonu lahko izgubimo več kot pol svetlobe. Ker se zastor hitro zamaže, so te izgube še toliko večje. Končni izkoristek takih svetilk je izredno majhen.

Najslabši za okolje so prav gotovo odprti zastori zunanjih svetilk. Ti se najbolj mažejo in dopuščajo žuželkam dostop do žarnice (sijalke), kjer se osmodijo ali scvrejo.

Kroglaste svetilke spominjajo tudi na Luno. Nekateri nočni metulji potujejo tako, da njihova pot oklepa določen kot s smerjo proti Luni. Če od daleč vidno svetilko zamenjajo z Luno, se njihova pot ukrivi v spiralo, ki se zmeraj bolj bliža svetilki.

Ob vseh argumentih za popolnoma zasenčene svetilke se boste gotovo vprašali, zakaj jih je na naših cestah le za vzorec. Odgovor je deloma v zastarelih normah, deloma pa v neprilagodljivosti projektantov in industrije. Za starejše popolnoma zasenčene svetilke je veljalo, da dobro osvetlijo cesto le na območju sorazmerno blizu svetilki. Tako bi bilo po mnenju nekaterih treba take svetilke postavljati bolj na gosto kot običajne delno zasenčene svetilke. Ti kritiki popolnoma zasenčenih svetilk pa pozabljajo na to, da imajo popolnoma zasenčene svetilke zmanjšano bleščanje in tako nekoliko temnejši predeli med svetilkami ne motijo.

Popolnoma zasenčene svetilke novejšega datuma pa imajo za ravno stekleno kapo zelo kakovostne reflektorje, pogosto sestavljene iz velikega števila majhnih ploskvic (faset), ki lahko zelo enakomerno in na široko razporedijo in razpršijo svetlobo. Tudi pri žarometih novejših avtomobilov boste opazili isti trend: namesto rebraste prozorne kape imate gladko in skoraj ravno steklo, za njim pa kakovostne odbojne površine, ki poskrbijo, da čim več svetlobe zapusti svetilko v zaželeni smeri. Rezultat je mnogo boljša osvetlitev z enako žarnico. Čas je, da ta napredek doseže tudi našo cestno razsvetljavo, še posebno, ker bomo na ta način močno zmanjšali škodljivo bleščanje. Industrija sama verjetno ne bo podrla starih izdelovalnih linij in postavila nove. Pritisk javnosti in, kot se nadejamo – spremenjeni predpisi pa za naše izdelovalce svetilk pomenijo tudi veliko priložnost.

Nočni pogled na Ajdovščino (okoli 6000 prebivalcev) iz razdalje nekaj kilometrov razkrije, da je občinska uprava oziroma skrbnik razsvetljave popolnoma zanemaril okoljski ter energetski vidik nameščanja neustrezne zunanje razsvetljave. Praktično vsa razsvetljava je nezasenčena, s premočnimi sijalkami in velikimi izgubami svetlobe v vodoravni smeri ter v nebo, kar se zelo lepo vidi na spodnjem posnetku, narejenem iz razdalje 5 km. V skladu z Uredbo 4162 vlade RS bo potrebno v naslednjih letih vso razsvetljavo, ki ne ustreza zahtevam 4. člena uredbe zamenjati.

Ajdovščina je zaradi neustrezne in pretirane zunanje razsvetljave hud svetlobni onesnaževalec gornje Vipavske doline. Na sliki se lepo vidijo velikanske izgube svetlobe v širšo okolico Ajdovščine ter v nebo (vesolje). Vzrok velikih izgub je uporaba nezasenčenih svetilk, ki izdatno svetijo v vodoravni smeri ter v nebo. Posneto 3. septembra 2008 iz 5km oddaljenih Vrtovč. Foto H. Mikuž.

Preprečen poizkus uporabe svetlobnih topov na koncertu Telekoma

Javni denar porabljen za onesnaževanje okolja

V sredo 3. septembra 2008 smo člani Temnega neba in simpatizerji v samo 3 minutah uspeli ugasniti svetlobni snop nad Ljubljano (sky-bemeamer). Postavilo jih je angleško podjetje ob koncertu, ki ga je potem v petek 5. septembra organiziral Telekom Slovenije, ki je v večinski lasti države. Uporaba svetlobnih topov je namreč z uredbo Vlade RS 4162 v Sloveniji prepovedana (16. člen). Zagrožena kazen je 12.000 evrov.

S pomočju Uredbe o mejnih vrednostih svetlobnega onesnaževanje preprečevanje kršitev ni zelo velik problem, saj imamo zakonsko osnovo. Na prijazen način, lastniku preberemo člen uredbe, izročimo mu kopijo uredbe. Če ne gre, se pokliče inšpekcijo. Uporabniki so običajno hvaležni, da ni potrebno klicati inšpekcije, saj je to za njih veliko ceneje. Lahko se izognejo kazni, ki znaša celo do 12.000 evrov.

Poizkus uporabe svetlobnih topov na vaji pred koncertom Telekoma 3. septembra 2008. Na sliki je stolpnica na Slovenski 50 v centru Ljubljane. Foto Andrej Mohar, Temno nebo Slovenije.

Svetlobni topovi na vaji pred koncertom Telekoma 3. septembra 2008, posneti iz razdalje 10 kilometrov. Tovrstni svetlobni snopovi so smrtonosna past za ptice selivke, ki krožijo okoli snopov dokler jim ne zmanjka moči in poginejo. Foto Javor Kac, Temno nebo Slovenije.

O ugašanju svetlobnih topov v Ljubljani so poročali tudi na nemških spletnih straneh.

Herman Mikuž in Tomaž Zwitter, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko

Uvod

Opazovanja nočnega neba iz različnih lokacij po Sloveniji kažejo, da je nebo onesnaženo tudi nad področji, ki so razmeroma daleč od glavnih virov umetne svetlobe. Enake ugotovitve dajejo tudi študije, ki so jih naredili na inštitutu ISTIL (4) (Istituto di Scienza e Tecnologia dell’Inquinamento Luminoso). To nekoliko presenetljivo ugotovitev si lahko pojasnimo z naravo širjenja umetne svetlobe v atmosferi. Na nenaseljenih področjih namreč večino onesnaženja prispevajo oddaljeni viri, ki sevajo svetlobo pod majhnimi koti nad horizontom. Ti viri so v veliki večini nezasenčene ali delno zasenčene svetilke zunanje razsvetljave. Študije inštituta ISTIL (5) nadalje kažejo, da na razdalji vsega 20 km od svetlobnega vira kar 95% svetlobnega onesnaženja v zenitu prispeva svetloba, ki prihaja pod majhnimi koti nad horizontom.

To ugotovitev potrjujejo tudi posnetki nočnega neba nad Slovenijo, ki smo jih naredili s standardno opremo ter osvetlitvijo in so zato med seboj primerljivi. Tudi na posnetkih, ki smo jih naredili iz oddaljenih, nenaseljenih področij je vidno žarenje neba, ki sega nekaj deset stopinj nad obzorje in očitno prihaja iz gosto naseljenih področij z veliko gostoto zunanje razsvetljave.

Omenjena tuja študija in domači primeri nakazujejo, da je umetna svetloba polutant, ki v nasprotju z drugimi, kot so naprimer hrup, emisije škodljivih plinov, ipd., vpliva na zelo velika področja in je dejansko omejena le z ukrivljenostjo Zemlje. Tej posebnosti bi morali biti prilagojeni tudi ukrepi. Če želimo na tako majhnem ozemlju ohraniti temno nebo bodočim generacijam, ohraniti biotsko raznovrstnost in okolje nasploh, bi morali poskrbeti za zasenčeno razsvetljavo na celotnem ozemlju države. Poleg tega je razsvetljava pod majhnimi koti v bivalnih okoljih odgovorna tudi za bleščanje, na katerega so še zlasti občutljivi starejši ljudje. Končno pa so zasenčene svetilke tudi primernejše zaradi manjše porabe električne energije, saj nimamo svetlobnih izgub nad vodoravnico, zato lahko z uporabo sijalk manjše moči dosežemo enako osvetlitev.

Širjenje umetne svetlobe v atmosferi

Ker večina umetne svetlobe prihaja neposredno ali posredno od svetilk zunanje razsvetljave si poglejmo kako njihova konstrukcija vpliva na svetlobnotehnične lastnosti in posledični vpliv na okolje. Med tipi zunanjih svetilk razlikujemo nezasenčene, delno zasenčene in popolnoma zasenčene.

Slika 3: (desno) odbita svetloba s tal predstavlja obsežno vendar nizko postavljeno in vodoravno svetilo. Tako tla svetijo predvsem navzgor, manj pa postrani. Svetlobo v poševni smeri dodatno blokirajo zgradbe, drevesa, ograje,..ipd. Stranska ploskvica ne povsem zasenčene svetilke (levo) pa je svetilo, ki je postavljeno visoko (na vrhu droga) in ima skoraj navpično izhodno površino. Te svetlobe zidovi, grmovje in celo drevesa ne blokirajo, ker so preprosto nižji. Obenem gre večino svetlobe s te ploskvice v smeri blizu vodoravnice, zato se to svetilo z lahkoto vidi kilometre daleč.

Torej prihaja svetloba, ki je oddana pod majhnimi koti nad horizontom večinoma neposredno od nezasenčenih svetilk. Zaradi geometrije, ki jo je enostavno razumeti (glej sliko 4) se emisija svetlobe pod majhnimi koti glede na vodoravnico širi zelo daleč od vira, medtem ko svetloba, ki je oddana pod velikimi koti onesnažuje le dele atmosfere v bližnji okolici vira.

Slika 4: ker ima zemeljska troposfera (plast atmosfere, kjer poteka vremensko dogajanje) končno debelino (cca 10km) na osvetljenost nočnega neba nad oddaljenimi območji odločilno vplivajo svetila, ki oddajajo svetlobo pod majhnimi koti nad vodoravnico. Red velikosti teh kotov je 0-10o. Prikazani so emisijski koti svetil, ki osvetljujejo nebo opazovalcu, ki gleda zvezdo v zenitu na treh različnih razdaljah od vira umetne svetlobe.

Čim bližje je opazovalec svetlobnemu viru (npr. mesto), tem večji so emisijski koti svetil, ki osvetljujejo nebo nad njim. V mestih pa igra pomembno vlogo tudi odboj od tal. Z oddaljevanjem opazovalca od svetlobnega vira, nebo nad njim osvetljujejo le še izvori, ki sevajo pod majhnimi koti nad horizontom. Odboj od tal na velikih razdaljah praktično ne igra več nobene vloge.

V prvem primeru gre za osvetljevanje atmosferskih delcev, ki so zelo oddaljeni od vira, pri čemer se ta svetloba združi s preostalo svetlobo, ki prihaja iz oddaljenih virov ter tako povzroča seštevalni učinek in pomembno povečanje nivoja svetlosti nočnega neba. Druga pa predvsem osvetljuje področje nad virom, se pa ne širi daleč in nima kumulativnih učinkov.(5)

Tabela 1: Simulacija širjenja svetlobe iz umetnih virov pod majhnimi koti nad vodoravnico in za debelino troposfere 5 in 10 km. Emisija svetlobe pod koti 0-5 o je posebej problematična, ker se širi zelo daleč in je praktično omejena le z ukrivljenostjo Zemlje. Če uporabimo simulacijo na ozemlju Slovenije je jasno, da vsaka posamezna nezasenčena svetilka osvetljuje nebo nad celotno državo. Čeprav gre pri posamezni svetilki za majhne svetlobne tokove pa le-ti ob upoštevanju kumulativnega učinka celotne populacije zunanje razsvetljave nikakor niso zanemarljivi Pomen uporabe cut-off svetilk je očiten. Pri izračunu razdalj je upoštevana ukrivljenost Zemlje. Ker je ob jasnih nočeh v troposferi na višinah nad 5 km zelo malo vlage in prašnih delcev ocenjujemo, da je simulacija za višino troposfere 5 km bližje dejanskemu stanju.

Ocenjujejo, da na razdalji vsega 20 km od svetlobnega vira kar 95% svetlobnega onesnaženja v zenitu prispeva svetloba, ki prihaja pod majhnimi koti nad horizontom (med 90o in 135o takoimenovanega kota gama). Ker se svetloba prosto širi preko 200km daleč, jo praktično zastira le ukrivljenost Zemlje. Nad večjimi območji je onesnaženje neba z umetno svetlobo v veliki meri rezultat seštevanja učinkov oddaljenih virov, ki sevajo svetlobo pod majhnimi koti. Ocenjujejo, da znotraj Padove (300000 prebivalcev), prispevajo 20% svetlosti neba v zenitu ob jasnih nočeh svetlobni viri, na širšem območju.(5)

Vpliv sevanja pod majhnimi koti na svetlobno onesnaženje nad Slovenijo

V Sloveniji je svetlobno onesnaženje v hitrem porastu. Tako v mestih, primestjih in na podeželju se postavljajo nove instalacije zunanje razsvetljave. Ocenjujemo, da gre v 95% primerov za nezasenčene ali delno zasenčene svetilke, ki svetijo tudi neposredno v nebo in ga osvetljujejo do stopnje, ko so tako amaterska kot tudi profesionalna astronomska opazovanja resno ogrožena. Delež popolnoma zasenčenih svetilk je zelo majhen in po naših ocenah ne presega 5% vseh zunanjih svetilk. Poleg stalnega večanja števila svetilk zbuja skrb tudi povečevanje izseva sijalk, kar neposredno vpliva na povečanje svetlobnega onesnaženja. Cestni razsvetljavi je treba dodati še dekorativno razsvetljavo cerkva in ostalih objektov ter osvetljene reklamne panoje, katerih število se hitro povečuje in mu ni videti konca. V zadnjem času posebej zaskrbljuje postavljanje takoimenovanih “jumbo” panojev vzdolž avtocestnega križa, ki so orjaških dimenzij (100 m2) in so tako močno osvetljeni (800 lx)(7), da jih opazimo že iz nekajkilometrske razdalje . Tako dekorativna, kot tudi reklamna razsvetljava sta okoljsko problematični. Večina fasad in panojev je namreč osvetljenih od spodaj navzgor, pri čemer gre velik del svetlobe neposredno v nebo. Ker področje svetlobnega onesnaženja še ni regulirano v nobeni od okoljskih uredb, je stanje skrb zbujajoče.

Ugotovitve iz prejšnjega poglavja smo želeli preverili z instrumentalnim monitoringom iz več lokacij po Sloveniji. S standardizirano opremo bomo dokumentirali stanje svetlobnega onesnaženja neba nad lokacijami obstoječih astronomskih observatorijev ter potencialnih lokacij, kjer bi se zaradi relativno temnega neba lahko izvajala astronomska opazovanja. Prvi rezultati monitoringa so predstavljeni v nadaljevanju tega prispevka, z njimi pa bomo seznanili tudi Ministrstvo za okolje in prostor.

Nadaljevanje v rubriki “Monitoring svetlobnega onesnaženja”

Literatura:

1. Askey, P., Canon EOS 1Ds review , 2002 http://www.dpreview.com/reviews/canoneos1ds/

2. Buil, C., Canon EOS 350D IR-cut filter removal operation performances and image samples (2005), http://www.astrosurf.org/buil/350d/350d.htm

3. Buil, C., Spectral calibration, http://www.astrosurf.org/buil/us/spe2/hresol4.htm

4. Cinzano, P., Falchi, F., Elvidge, C.D., The first world atlas of the artificial night sky brightness, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 328, 689-707 (2001).

5. Cinzano, P., Technical measures for an effective limitation of the effects of light pollution, Proceedings of a conference light pollution and the protection of the night environment, IDA regional meeting, Venice, 193-205 (2002). http://dipastro.pd.astro.it/cinzano/download/ProcVenice1200.pdf

6. CIE technical report: Guidelines for minimizing sky glow, CIE TC 4-21, draft report, 97-02-21.

7. Mohar, A., Svetlobno onesnaženje, bleščanje in primerjalne meritve, Posvetovanje razsvetljava 2005, Postojna 13. – 14. oktober 2005.

8. UNI 10819, Luce e illuminazione, impianti di illuminazione esterna. Ente Nazionale Italiano di Unificazione, Milano (1999).