“点燃一支蜡烛就会投下阴影。” 这是厄休拉·K·勒吉恩在她 1968 年的青少年奇幻小说《地海巫师》中写下的。勒吉恩的诗意观察涉及魔法的道德模糊性，但也雄辩地描述了几个世纪以来旨在消除黑暗的技术探索及其最伟大的进步之一：电灯泡的发明。
电灯照明无疑有其光明的一面。在黑暗中工作、旅行或阅读都很困难，但只需拨动开关，问题就消失了。经济效益如此巨大，以至于你可以从深空中看到它们的影响，在夜间灯火通明的网络中，勾勒出我们繁荣的全球文明的轮廓。但是，我们现代对灯光璀璨的夜晚的喜爱却投下了长长的阴影——浪费能源、扰乱生态系统，在某些情况下还会损害人类健康。而且，正如周五发布的《新人造夜空亮度世界地图集》中所详述的那样，那些点缀我们的星球并向外界宇宙揭示我们存在的灯光，也正在扼杀我们对星星的观看。该地图集发表在《科学进展》上。
根据该地图集（该地图集是通过分析 NOAA-NASA Suomi 国家极地轨道伙伴关系卫星在地球上拍摄的数万张高分辨率夜间灯光图像而制作的），地球上大约三分之一的人在仰望夜空时看不到银河系。对于美国人来说，这个比例更高：光污染阻止了五分之四的人看到我们家园的星系，就像一条笼罩在头顶的朦胧光河。在新加坡、韩国和卡塔尔等光污染特别严重的国家的居民，几乎看不到任何星星，而是将夜晚置身于永久的“人造黄昏”之中。除了相对荒芜的开阔海洋和极地荒原之外，拥有自然黑暗天空的有人居住的星球部分仅限于乍得、巴布亚新几内亚和马达加斯加等偏远地区，并且还在不断缩小。
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“二十年前，光污染只能被认为是天文学家的问题，”主要作者法比奥·法尔基说，他是意大利蒂耶内的一名高中物理老师，他在 20 世纪 90 年代光污染开始干扰他的业余天文学爱好后，开始关注日益严重的光污染威胁。“但从根本上说，生命在数百万年的进化过程中，一半的时间是黑暗，一半的时间是光明，而我们现在已经用一层发光的雾笼罩了我们的星球。光污染已成为全球范围内的真正环境问题。”
“星空会触动你的灵魂，”法尔基补充道。“我们文明的宗教、哲学、科学、艺术和文学都源于我们对天空的观察，而我们现在正在失去这些，其后果我们无法完全了解。当我们无法从夜空中获得启发时会发生什么？”
基于 35,000 多张卫星图像和对天空亮度的详细地面测量，此《新人造天空亮度世界地图集》的交互式可视化显示了人造照明造成的天空光芒遮挡恒星和星座的位置。较亮的区域对应于光污染造成的天空辉光水平较高。图片来源：Falchi 等人，《科学进展》；Jakob Grothe/美国国家公园管理局，Matthew Price/CIRES 和 CU-Boulder。
除了光污染明显的弊端（例如抱怨的天文学家或因明亮灯光而偏离航向的海龟幼崽和迁徙鸟类）之外，它的大多数相关影响都很难量化。研究人员仍然缺乏对许多夜间捕食者和猎物之间复杂关系的深入了解，更不用说不同程度的人造光如何改变它们了。对于人类来说，其影响也同样混乱。根据多项流行病学研究，世界卫生组织在 2007 年和美国医学会在 2012 年分别发表声明，警告说夜间长时间暴露在光线下会增加患某些癌症的风险，可能是通过改变昼夜节律和相关激素水平。即便如此，这些研究中的大多数都没有区分户外光源（如路灯）和室内光源（如电视和智能手机屏幕）的暴露。
然而，最根本的困难在于，没有人确切知道这个问题有多严重。夜间照明的总量很容易从卫星图像中计算出来——科学家们已经这样做了几十年——但是确定所有这些光线在穿过地球大气层时散射所造成的“天空辉光”有多少则是一项更为棘手的任务。法尔基及其同事通过在无云的天空中运行 Suomi 卫星数据，通过计算天顶（正上方）的天空辉光来获得他们的光污染估计值。然后，他们将这些结果与从地球上各个晴朗地点获得的真实天空亮度测量值进行比较和进一步校准。该模型对显着光污染的阈值是当计算出正上方的夜空比其墨黑自然状态亮 1% 时。
根据研究合著者丹·杜里斯科（美国国家公园管理局的科学家，他提供了许多天空亮度测量值）的说法，头顶亮度变化 1% 的意义远比看起来重要，部分原因是地球上超过一半的物种被认为是夜行性的。“一个天空亮度仅比自然天顶高 1% 的地点，在地平线附近可能具有更高的天空辉光，因为它可能处于数百公里外其他物体的光穹顶内，”杜里斯科说。“这就是该模型在预测未来遥远城市的光污染威胁方面强大的地方。随着人口的增长和扩散，没有人工照明证据的区域将变得更加难以找到。”
此外，云的影响可以极大地放大即使是轻微的光污染程度。出于这个原因，南加州大学多恩西夫城市生态学家特拉维斯·朗科尔（未参与这项研究）说，新地图集仅为可能更大的光污染水平提供了最低基线。“从阴天降下来的光量很容易达到 10 倍……地图集显示基线晴空亮度相当于黄昏或半照明月亮的地点，可能被排除在需要真正黑暗才能生存和繁荣的特殊物种的栖息地之外。”
对于人类来说，地图集揭示的最令人担忧的见解是，随着户外照明光源从较旧的白炽灯照明转变为发光二极管（LED），这种转变正在产生影响。LED 比白炽灯泡更节能、更耐用且可动态调节，美国和其他几个国家正在积极鼓励使用 LED。然而，最经济的 LED 在刺眼的蓝白色调中最亮。由于地球大气层优先散射蓝光（要证明这一点，只需仰望晴朗的阳光天空），法尔基的模型表明，大规模转换为廉价的蓝白色 LED 用于户外照明可能会大大增加天空辉光，即使发射的光量总数保持不变。除了在许多人看来不美观之外，人们还担心蓝白色 LED 光可能也很危险。托马斯杰斐逊大学的光生物学家乔治·布雷纳德（未参与法尔基的研究）说，人类对可见光谱的黄色和绿色部分具有最高的视觉敏感度。但正是蓝白色光（正是廉价 LED 产生的那种）主导着人类昼夜节律和其他重要生物周期的调节，布雷纳德说。“广泛采用 LED 将节省大量能源，这是一件好事，”布雷纳德说。“问题是，巨大的节能是否会损害人类健康和生态系统？”
法尔基及其同事的这项研究的最大价值可能在于它为关于光污染的政策辩论以及夜间照明水平的任何相关变化设定了基线。朗科尔说，地图集关于蓝白色 LED 的有害天空辉光效应的发现，“是一个信息，即鼓励转换为廉价的蓝白色 LED 是一个巨大的政策错误。”
“如果我作为一名大学教授向我的机构审查委员会提出，我想通过引入与有害生物和生态影响最相关的光波长来对整个人群进行实验，他们会笑着把我赶出门外，走过街道，走出我的办公室，”朗科尔说。“幸运的是，我们现在可以使用颜色更温暖的 LED，消除光谱中如此有害的蓝色峰值，因为它在地球大气中散射太多。”
除了优先使用颜色更温暖的 LED 外，该研究的作者说，可以通过对人造光进行更严格的监管以及无需太多街道照明的无人驾驶汽车的出现来阻止或逆转星空因光污染而消失的情况。但是，还有一个更简单的解决方案。
“我喜欢告诉人们，户外照明的好处是它的环境影响可以立即消除，”杜里斯科说。“你所要做的就是关灯。”