■本报记者 袁一雪
当人们将光照程度作为城市发达程度的衡量标准时，大都市的星光也正在“黯淡消失”中。
曾几何时，夜晚璀璨的星空带给人无限的遐思，对星空的探索也催生了天文学这门基础学科。早在4300年前，中国古人就已经能“观天授时”，通过肉眼观测星空确定了二十四节气，以指导农业生产。但是随着城市化进程的加快，越来越多生活在城市里的人发现，星星似乎“消失不见”了。
6月10日，美国《科学进展》杂志上的研究发现，由于光污染问题，现在地球上已有三分之一的人口看不到夜空中明亮的银河。这项研究根据高精度卫星成像数据，并结合全球2万多个地面站点的观测得出了如此结论。
来自意大利、德国、美国和以色列的研究人员制成了迄今最精确的全球光污染影响评估地图集。结果显示，80%的地球人生活在受人工光线污染的天空下，北美近80%的人口与欧洲60%的人口无法看到银河。
这张地图集显示，全球光污染最严重的是新加坡，接下来的是科威特、卡塔尔、阿联酋、沙特阿拉伯、韩国、以色列等。在欧洲西部，只有少数地区未受光污染影响，包括英国苏格兰、瑞典、挪威以及西班牙和奥地利的部分地区。受光污染影响最小的国家是乍得、中非共和国和马达加斯加。
研究表明，夜间光污染不仅让人难以看到银河，还会造成其他问题，比如浪费能源和金钱、损害生物多样等。研究人员建议尽可能减少晚间不必要的光照，尤其要减少能干预昼夜节律的蓝色光，同时要防止高于水平面的照射光线。
天文光学观测的杀手
关于光污染影响天文光学观测的新闻在近几年层出不穷，早在2010年，就有媒体曝出，国内“大天区面积多目标光纤光谱望远镜（LAMOST）”面对着所在城市扩大建设规模，导致夜天光亮度增加使观测受到影响的威胁。媒体报道称，当时，国家天文台研究员邓李才还专门上书国家天文台及中国科学院有关领导，指出如果将一个项目建在LAMOST正南面直线不到1000米的地方，“感觉上是巡天科学的生死问题……对LAMOST的科学研究是灾难性的”。
无独有偶，2013年，面对日益严重的雾霾和城市灯光亮度增加，赫赫有名的被誉为“中国现代天文学摇篮”的紫金山天文台设在南京紫金山的观测站也结束了天文观测的历史，变身为科普博物馆。
光污染问题并非近几年才开始爆发，早在20世纪30年代国际天文界就提出了光污染的概念。当时对光污染的理解是城市室外照明使天空发亮造成对天文光学观测的负面的影响。
后来，我国的全国科学技术名词审定委员会审定公布光污染的定义，包括两种：一是过量的光辐射对人类生活和生产环境造成不良影响的现象；二是影响光学望远镜所能检测到的最暗天体极限的因素之一。通常指天文台上空的大气辉光、黄道光和银河系背景光、城市夜天光等使星空背景变亮的效应。
若想了解城市中光污染到底有多严重，首先要明确与光有关的概念。比如照度，是反映光照强度的一种单位，其物理意义是照射到单位面积上的光通量，照度的单位是每平方米的流明（Lm）数，也叫勒克斯（Lux）。根据不同条件下的光照情况，科学家们也给出了相对应的照度。
不过，在夜晚的城市中，灯光往往让照度增加。上海天文台研究员唐正宏告诉《中国科学报》记者，根据1985年国际天文学联合会（IAU）的建议，世界级的高质量天文台人为光的背景增加应少于10%，即人为光的背景的增加不超过0.1等，国家级的不超过0.2等，即光污染的比例只能小于20.2%。而1998年的一份对上海天文台佘山观测站周围光污染的测试表明，光污染比例高达591%，这表明人为光的影响已经大大高于天空本身的亮度。
寻找“消失”的星星
为了衡量一个地区是否存在光污染及光污染的严重程度，来自美国的科学家约翰·波特尔建立了一套“黑暗天空分类法”，将光污染危害分为九个等级，由弱到强排列。比如，第一级是完全黑暗的天空，黄道光、黄道带以及对日照都能看到。天蝎座和人马座中的银河区域可以在地面上投下淡淡的影子。裸眼的极限星等可达到7.6至8.0等；天空中的木星或金星甚至会影响肉眼对黑暗的适应程度等。而在第九级，在城市中心的天空，整个天空被照得通亮，甚至在天顶方向也是如此。许多熟悉的星座已无法看见，巨蟹座、双子座等暗弱的星座根本看不到……
当然，这只是可见光对天文观测的影响，实际上，在其他电磁波段也同样存在干扰。“现代天文观测是全波段观测，即包括从无线电波、紫外线、可见光到红外线、X-射线、Gamma射线等波段的观测手段。所以城市内手机基站等无线电发射装置也会对天文观测产生影响。”唐正宏表示。
但是，“天文观测的特点就是寻找暗弱辐射的天体，而越暗的星体一般说来距离越远”。中国国家天文台研究员赵永恒对《中国科学报》记者解释说，“但目前城市光污染、无线电噪声的日益严重，这让大口径高灵敏度的天文望远镜在这样的背景下无法看到暗弱辐射的星体。”所以，为了更好地观测，不少天文台不得不将观测站建设在偏远地区的群山之间。“中国正在新建的一个天文观测站就在西藏阿里地区，那里空气稀薄，条件艰苦。”唐正宏无奈地表示。
而现在，国际天文学联合会甚至在下面成立了天文台址的保护委员会。“世界遗产组织也希望把暗夜作为遗产保留下来。”赵永恒表示。
呼吁科学用光
如此一来，天文光学观测与城市景观照明是否会无法达成一致，而永远地“背道而驰”？答案并不尽然，“我们并不想阻碍城市变亮的进程，只是希望可以科学用光。”赵永恒与唐正宏给出了相同的答案。
“减少城市中的射灯，因为这样的灯光对于天文光学观测影响最大。”赵永恒指出。这种高瓦数的灯光照向天空，几乎成为夜间的太阳。
赵永恒认为，并不需要让城市的灯光关闭，只需加个灯罩，让灯光向下照明而非直射天空就会显著减少对天文观测的影响。
“这样的做法实际上也是节能减排的一种方法。”唐正宏举例说，比如城市道路照明灯光不加灯罩的情况下，每个路灯可能需要20W的灯泡，因为灯光并不汇聚。如果在灯泡上方加装一个反光好的灯罩，算上灯罩的反射光，那么同样的照度只需要10W的灯泡就可以实现了。
除了路灯外，一些霓虹灯等景观照明，如果按时关闭也可让天文观测与节能减排实现“双赢”。国际上，也有很多天文学家向其所在的社会推荐使用低压钠蒸汽灯，这是因为其单波长的特性使其释出的光线极易隔滤，而且价格不高。在1980年，美国加利福尼亚州圣荷西将所有街灯均改为使用低压钠蒸汽灯，这大大方便了其附近的利克天文台的观星活动。现在美国亚利桑那州及夏威夷州也在推行相似的计划。
甚至有些国家也开始了重订照明计划，如英国，已提出了详细的郊区照明计划以保护环境。加拿大亚伯达省卡加利在2002年至2005年间亦将大部分住宅区的街灯换成更高效率的类型。
《中国科学报》 (2016-06-24 第3版 科普)
