Ljósbjarmi yfir borgum og byggðarlögum er umhverfisvandi sem fylgir nútímasamfélögum. Hann er víða felldur inn í reglugerðir eða skilgreiningar yfir mengun (ljósmengun) því bjarminn dregur úr gæðum myrkurs og veldur neikvæðum áhrifum á vistkerfi, t.d. næturdýra. Það flækir málið að ljósmengun er hliðarverkun raflýsingar sem óumdeilanlega hefur aukið lífsgæði manna. En hve mikil áhrif hefur ljósmengun á skilyrði til stjörnuskoðunar á höfuðborgarsvæðinu, Reykjavík, þar sem flestir landsmenn búa?

Light pollution is a modern-day environmental problem on a global scale. In many countries this type of pollution is restricted by laws or regulations because it hinders darkness and has negative side-effects on ecosystems and animals. Complicating the picture, light pollution is a side effect of artificial illumination on various scales, from road lighting to large cities, which has without doubt enhanced the quality of life for most people. But how much does light pollution impact star gazing within the great Reykjavík area, the capital of Iceland?

Ljóshjúpurinn yfir Reykjavík séður frá Bláfjöllum, í um 20 km fjarlægð frá miðborginni. – The sky glow above Reykjavík, seen from the mt. Bláfjöll region, about 20 km distance from the city center.

Alþjóðleg samtök um dimman himinn, International Dark-Sky Association (IDA), skilgreina ljósmengun sem óæskileg áhrif af lýsingu, þar með talið ljóshjúpi, glýju, ósamþykktri nágrannalýsingu, auglýsingaskiltum eða ljósaóreiðu (mynd 2). Samtímis er ljósmengunin bein vísbending um orkusóun. Ljósmengun er breyting á náttúrulegu ljósmagni (utandyra) af völdum manngerðrar lýsingar. Lýsingin veldur umframbirtu í allar áttir eða glýju (glampa) í sjónlínu að ljósgjafa eða nærri honum. IDA og sambærileg samtök sem vinna gegn ljósmengun leggja áherslu á að þau amast ekki við útilýsingu heldur hvetja til skynsamlegrar notkunar ljósgjafa og eftirliti með því hvert lýsingu er beint.

The International Dark-Sky Association (IDA) defines light pollution as undesirable illumination, including light, glare, trespassing light, like unapproved neighbor lighting, billboards, or chaotic light (figure 2). At the same time  it is a direct indicator of energy waste. Light pollution is a change in the natural amount of light (outdoors) caused by man-made lighting. The illumination causes unneeded light in all directions or a glare in the line of sight to the light source or surrounding it. IDA and similar organizations that work against light pollution emphasize that they do not indulge outdoor lighting, but encourage the sensible use of light and monitoring where the lighting is directed.

Útilýsing kemur frá þremur meginljósgjöfum: a) götulýsingu, b) fyrirtækjum, stofnunum og athafnasvæðum, t.d. íþróttavöllum og iðnaðarsvæðum og c) heimilum. Heildaráhrifin ráðast af ljósgjafa og styrkleika auk endurkasts af flötum. Forvígismenn IDA nefna fjóra megingalla í útilýsingu og segja að ekki myndi draga úr skyggni eða sýnileika sem lýsingunni er ætlað að veita þótt þessir gallar væru lagfærðir. Orka myndi hins vegar sparast og þar af leiðandi fjármunir.

Outdoor lighting comes from three main sources: a) street lighting, b) companies, institutions and business areas, sports fields and industrial areas and c) homes. The total impact is determined by the light source, its intensity and the reflection of the surface. Proponents of IDA mention four defects of outdoor lighting that could be fixed without decreasing the visibility expected from the illumination. In hand energy would be saved and consequently money.

Mynd/Fig. 2. Dæmi um óæskilega lýsingu sbr skilgreiningar IDA. – Examples of undesirable illumination, according to the IDA definition.

Skilgreiningar IDA um óheppilega lýsingu

  • Lýsing upp á við. Víða eru veggir húsa lýstir upp, en ljósgjafarnir svo illa stilltir að ljóskeilan stefnir beint til lofts. Nýtist þá aðeins hluti hennar en hitt fer upp í næturhimininn engum til gagns. Þetta er ein meginástæða ljóshjúps yfir borgum, afleiðing óskipulegrar lýsingar og hrein orkusóun. Mynd 3. sýnir dæmi um lýsingu upp á við. Stefna og horn geisla hafa verð merkt til áherslu. Ljóskastari lýsir kross á kirkjuturni en minna en 10% ljóssins nýtast.
  • Óumbeðin birta. Lýsing sem dreifist þangað sem hennar er ekki óskað. Birta sem dreifist frá götu- eða fyrirtækjalýsingu inn í híbýli, t. d. svefnrými, er dæmi um þetta. Sem sagt lýsing út fyrir tilætluð mörk.
  • Glýja er skilgreind sem skynjun af lýsandi fleti eða ljósgjafa umfram það sem augu geta aðlagast. Þetta veldur truflun, óþægindum eða óskýrleika í sjón.
  • Oflýsing er þegar lýsing fer yfir þarfamörk. Oflýsing er að sjálfsögðu ónauðsynleg en er stundum afleiðing þeirrar ímyndar að „meira sé betra“ eða er sprottin af athyglisþörf. Myndir 4, 5a og 5b. sameina liði tvö, þrjú og fjögur um óþarfa lýsingu eftir greiningu IDA: glampa frá óvörðum ljóskerjum, oflýsingu og óumbeðna birtu. Vel upplýst svæði og bjart endurkast af snjónum. Birtan frá skólasvæðinu dreifist inn í nálæg híbýli, óumbeðin. Samanburður mynda sýnir áhrif öflugra flóðljósa á nálægum íþróttavelli til vinstri.

(Sótt á vef IDA, 2009)

Mynd/Fig. 3. Ljósabúnaður við Hafnarfjarðarkirkju. Dæmi um lýsingu upp á við sbr skilgreiningar IDA. – Lighting equipment at Hafnarfjörður Church. Example of upward tilted beam, according to the IDA definition. About 90% of the light is wasted upward.

Mynd/Fig. 4. Hvaleyrarskóli í Hafnarfirði. Óumbeðin birta, glýja og oflýsing sbr IDA. – Hvaleyrarskóli in Hafnarfjörður, Iceland. Light trespassing, glare and cluttering, according to the IDA definition.

Mynd/Fig. 5a-b. Áhugaverð tilraun var gerð 28. september 2006, þegar Reykjavík var “myrkvuð”, þ. e. slökkt var á götuljósum í 30 mínútur. Tilraunin leiddi í ljós, þvert á viðteknar skoðanir, að götulýsingin er aðeins hluti af vandanum. Önnur lýsing, síst minni, stafaði frá fyrirtækjum, stofnunum og íbúðarhúsnæði. Þetta má sjá á myndunum hér að ofan. Erlend rannsókn hefur sýnt að áhrif götulýsingar getur verið um 40% af heildarlýsingu bæja. Staðreyndin er að ljósmengun er flóknara viðfangsefni en svo að kenna megi um einum orsakavaldi. HÉR er áhugaverð hugleiðing um næturhiminninn þetta kvöld. – A interesting experiment was carried out on September 28, 2006 when Reykjavík was “darkened”, the street lights were turned off for 30 minutes. The experiment revealed, contrary to common belief, that street lighting was only part of the problem. Other lightings, from companies, institutions and residential estates provide comparable amount. A study has shown that the effect of street lighting can be about 40% of the total lighting of towns. The fact is that light pollution is a more complex issue than just by one cause.

Kortlagning ljóshjúpsins yfir Reykjavík

Viðfangsefni höfundar til B.S. gráðu í landfræði var kortlagning ljóshjúpsins yfir höfuðborgarsvæðinu til þess að fá tölulegar upplýsingar um áhrif á náttúrulegt myrkur og hversu víðtæk þau eru. Mælingarnar voru gerðar með SQM-mæli veturinn 2009-2010 og eru niðurstöðurnar m.a. á myrkurkorti af Reykjavík og nágrannabyggðum (mynd 6). Eftir kortinu og öðrum gögnum er hægt að meta hve mikil ljósmengun ríkir á þéttbýlasta svæði landsins. Þú færð bestu skýringarnar í ritgerðinni en hana geturðu nálgast HÉR.

Hve mikil er ljósmengunin á þínum heimaslóðum? Kort af yfirborði jarðar er HÉR (tekur nokkrar sekúndur að hlaða). Þar má slá inn bæjarheitum.

The aim of my B.S. essay was to answer fundamental questions about the sky glow above Iceland capital city, Reykjavík and its suburbs, and quantify the change of the night sky. Results from the measurements, obtained with a Sky Quality Meter (SQM) in winter 2009-2010, are shown in figure 6. Mapping with GIS software provides thematic graphical overview of the distribution of light pollution in this most densely populated area in Iceland. You can access the essay HERE (Icelandic only).

How much artificial light pollute your night sky? An access to the world atlas of the artificial sky brightness HERE (takes few sec to upload). You can search for your place on the map.

Mynd/Fig. 6. Kortið sýnir birtu næturhimins í hvirfilpunkti. Brotalínur fyrir myrkurmörk heilla birtustiga dregnar til einföldunar. – This map show the sky brightness at zenith in Reykjavík and its suburbs. Broken lines demarcate the  integer of magnitude.

Höfundur ljósmældi einnig Þingvallasvæðið árið 2011. Niðurstöðurnar (mynd 7) sýna að himinninn yfir Þingvöllum verður fyrir áhrifum af ljóshjúpi Reykjavíkur og lýsingu á Nesjavöllum og Sogsvirkjun. Þar fyrir neðan sýna myndir 8-11 ýmis áhrif ljósmengunar.

The author of this website mapped the sky glow above Þingvellir National Park area in 2011. At that time the park rangers had interest in if it could be identified as an International Dark Sky Place. The results  (figure 7) show that the sky over Þingvellir is affected by the Reykjavík sky glow and nearby Nesjavellir Geothermal Power Plant and Ljósifoss “Sogsvirkjun” Hydropower Station. Figure 8-11 (below) demonstrate various influences formed by light pollution.

Mynd/Fig. 7.  Reykjavík og Þingvellir. Kortið sýnir birtu næturhimins í hvirfilpunkti. Brotalínur fyrir myrkurmörk heilla birtustiga dregnar til einföldunar. – Reykjavík area and Þingvellir National Park. This map show the sky brightness at zenith. Broken lines demarcate the  integer of magnitude.

Mynd/Fig. 8. Samband birtustigs himins og björtustu stjarna sem sjást (Gerðu samanburð  á þessari mynd við þá næstu). – The relationship between the brightness of the sky and visually brightest stars (compare this figure with the next one).

Mynd/Fig. 9. Samband sýndarbirtu stjarna (lóðás) og bakgrunnsbirtu (myrkrið milli stjarnanna [Ba], þverás). Í ljósaskiptunum (sól undir sjóndeildarhring) er birta himins ~14,5 bst./bogasek2 en við aukið myrkur hækkar talan. Þar sem dimmast er á jörðinni verður bakgrunnsbirtan nálægt 22 bst./bogasek2. Á vinstri lóðás er sýndarbirtustig (bst.) stjarna. Því dimmari sem himinninn er þeim mun daufari stjörnur sjást. Samanburður lóðása vinstra og hægra megin sýnir að fjöldi stjarna sem eru bjartari en bst. 1 eru 15 talsins; 48 stjörnur bjartari en bst. 2 og svo koll af kolli. Rauða línan gefur til kynna hve margar stjörnur við getum séð miðað við hve dimmur himinninn er.  Ef línan er rakin sést að þegar myrkrið er 21 bst/bogasek2 ættu stjörnur af bst. 6,0  að sjást með berum augum. Fleiri en fimm þúsund stjörnur eru bjartari en dreifast yfir alla himinhvelfinguna. Að meðaltali má ætla helming þeirra sjást frá tilteknum stað á jörðinni, ef náttúrulegt myrkur ríkir. Hafðu í huga að þetta er ofureinföldun því margir þættir hafa áhrif á myrkrið. Á Íslandi er náttúrulegt myrkur >21bst/bogasek2 og má ætla að við slík skilyrði sjáist um 2000-2500 stjörnur með berum augum. Gráa beltið sýnir myrkurgæði í Reykjavík nálægt 2010. Ljóshjúpurinn yfir borginni veldur því að himinninn er 18±0,5 bst/bogasek2, við góð skilyrði. Við þær aðstæður sjást stjörnur af bst. ~4±0,5.  Ljósmengun innan höfuðborgarsvæðisins veldur því að tíundi hluti stjarna (~250) sem eru sjáanlegar berum augum sjást. Aðstæður innan marka sveitarfélaganna eru misjafnar og yfirleitt betri í jaðri úthverfa. – The correlation of apparent magnitude (y-axis) and the sky background (the darkness between the stars, x-axis). In the twilight (sun below horizon) the sky is of ~14.4 mag/arcsec2 but with increasing darkness the number rises. From Earth’s darkest places, the sky background reach 22 mag/arcsec2. The left axis shows the apparent magnitude (mag.) of a star. Higher the number, fainter are the stars. If the vertical axis on left and right side are compared, one can see that stars, brighter than mag. 1 are 15 in number; 48 stars are brighter than mag. 2 and so on. The red line implies how many stars on average one can expect visible to the naked eye. Tracing the line, it can be assumed that where darkness reach 21 mag/arcsec2, stars of mag. 6.0 should be visible to the naked eye. More than five thousand stars are brighter. They are randomly distributed around the sphere but assuming half of them should be visible from any specific place on the globe under unpolluted darkness. Keep in mind this is oversimplification as several factors influence the quality of the darkness. In Iceland the darkness reaches >21 mag/arcsec2 and assuming under such night sky ~2000-2500 stars could be within the naked eye visibility. The gray zone then defines the dark sky quality in Reykjavík,  around 2010. One could expect visibility of mag. ~4±0.5  stars as the night sky  in the city was 18±0.5 mag/arcsec2. That is about 1/10 of  the stars (~250) that are visible under pristine night sky. Of course, conditions variates between residental areas and usually improve in the outskirts of the suburbs.

Mynd/Fig. 10. Tengsl íbúafjölda og meðaltalsbirtu himins, koma glögglega fram hér að ofan. Til frekari samanburðar voru borgirnar Padua og Hong Kong settar á dreifirit, en þær eru mun stærri en Reykjavík. Samkvæmt heimildum er ljósmengunin í Hong Kong á því stigi að þar sjást örfáar stjörnur og tunglið. – The relationship between population and the average sky glow. The cities of Padua and Hong Kong are for comparison, as they are much larger cities than Reykjavík. According to references the light pollution in Hong Kong is of such scale that handful of stars and the moon can be seen with naked eye.

Mynd/Fig. 11. Áhrif aukinnar lýsingar umfram náttúrulegt myrkur á ljóssöfnunargetu sjónauka. Þverás er þvermál safnglers/-spegils og lóðás er ljósaukning umfram náttúrulegt myrkur, samkvæmt jöfnu Crawfords. Þegar lýsing himins eykst, minnkar söfnunargeta sjónaukanna og því stærri sem þeir eru verða áhrifin meiri. Litaðar brotnar/óbrotnar línur sýna áhrif á nokkra velþekkta sjónauka. Ef umfram aukning ljóss við Keck-sjónaukana á Mauna Kea fjalli á Hawaii yrði 20% hefðu þeir söfnunargetu á við sjónauka sem væri með 9 m þvermál (þvermál  Keck-sjónaukanna er 10 m). Stækkuð innskotsmynd tekur dæmi af 30 cm spegilsjónauka, eins og margir stjörnuáhugamenn nota. – The impact by increased illumination beyond natural darkness on the light collection capability of an telescope,  according to Crawfords equation. The x-axis is the diameter of a telescope and the y-axis shows a light increase beyond natural darkness. The diagram indicate that with increased  sky illumination the telescopes perform as if they were smaller. And  the impact is higher on larger telescope. Colored broken/unbroken lines indicate the changes on a selection of well known telescopes. If the night sky illumination at the Keck facility on Mauna Kea, Hawaii, would increase by 20% it would perform as 9 m telescope (its diameter is 10 m).The red line show the effect of a 12″ reflector (inserted magnified image), in common use by many amateur astronomers.

Ritgerð og skýrsla um ljósmengun á Íslandi – Essay and report about light pollution in Iceland

Mörður Árnason, Snævarr Guðmundsson, Andrés Ingi Jónsson, Hermann Sveinbjörnsson, Inga Sigrún  Atladóttir, Íris Bjargmundsdóttir 2013. Myrkurgæði á Íslandi. Greinargerð starfshóps um myrkurgæði og ljósmengun ásamt tillögum um úrbætur og frekari athugun. Niðurstöðuskýrsla. Útgefin af Umhverfisráðuneytinu í október 2013.

Snævarr Guðmundsson, 2011, Myrkurkort af höfuðborgarsvæðinu, BS ritgerð, Líf- og umhverfis-vísindadeild, Háskóli Íslands, 53 bls. 2 útgáfa.