Caracterització de la contaminació lumínica en zones protegides i urbanes

Abstract

Aquesta tesi doctoral se centra en l'estudi de la contaminació lumínica tant en zones urbanes com en zones protegides de Catalunya. S'entén per contaminació lumínica qualsevol efecte advers produït per la llum artificial com pot ser l'emissió de llum cap al cel, l'enlluernament o també l'ús d'enllumenat en indrets, horaris o amb tipus de llum inadequats.

Si bé la contaminació lumínica sempre s'ha relacionat amb l'observació del cel i amb l'astronomia, no és només en aquest àmbit que es detecten els seus efectes sinó que es troben cada cop més habitualment estudis que mostren els seus efectes en el medi ambient, en la salut humana o com no en el consum energètic d'un territori.

Una de les formes d'avaluar i caracteritzar la contaminació lumínica és la mesura de la brillantor de fons de cel, que es pot realitzar amb diverses tècniques i dispositius, des dels sistemes clàssics basats amb telescopi i càmeres CCD fins als dispositius dissenyats específicament com els Sky Quality Meters o els dispositius ull de peix. La gran diversitat d'aparells existents fa que un dels focus d'aquesta tesi siguin els treballs de comparació i calibració d'instruments que permeten millorar la seva precisió i posar-los en disposició per la constitució de xarxes de mesura contínua.

La mesura de la brillantor de fons de cel és pot enfocar de dos punts de vista, per una banda les mesures extensives al llarg d'un territori i per l'altra banda les mesures contínues en emplaçaments permanents en mode de xarxa. En aquest treball s'han utilitzat ambdós punts de vista amb els objectius d'elaborar el mapa de contaminació lumínica de Catalunya i avaluar els canvis temporals de la brillantor de fons de cel.

Els mapes de contaminació lumínica són una eina per conèixer l'estat del cel en un territori. Per tal de construir-los ha calgut la realització de mesures recorrent el territori a estudiar, així com definir mètodes de filtratge i selecció de les dades que han conduit a una metodologia completa per l'elaboració d'aquests mapes a partir de mesures de fons de cel realitzades amb dispositius Sky Quality Meter. L'anàlisi de les zones estudiades ha permès constatar l'alta qualitat del cel de la zona Starlight de la serra del Montsec amb els valors característics del cel natural. Així també s'ha pogut avaluar els efectes que genera una ciutat com Lleida que incideixen en la brillantor de cel en el zenit fins més enllà de 20 quilòmetres de la localitat.

Un element clau d’aquest treball ha estat el disseny i posada en marxa de la Xarxa de Contaminació Lumínica de Catalunya (XCLCat) amb aparells permanents que permeten de forma continua analitzar la brillantor del fons de cel. Amb les dades recollides durant més d’un any des de la posada en marxa de les primeres estacions s’ha pogut avaluar com en les zones urbanes la brillantor del cel és tan elevada que en alguns moments de l’any ni tan sols es detecta el cicle lunar. Per altra banda en zones protegides amb cels excel.lents s’ha pogut avaluar l’efecte de la Via Làctia en travessar el zenit incrementant la brillantor del fons de cel en gairebé mitja magnitud.

Aquestes sèries temporals obren la porta a estudis combinats amb paràmetres ambientals com poden ser els núvols; hem determinat per primera vegada de forma quantitativa com la seva presència en espais protegits fa que el cel sigui encara més fosc contràriament al que succeeix en zones urbanes on els núvols poden fer augmentar la brillantor de fons de cel en fins a dues magnituds. La obtenció contínua de dades permetrà completar aquests estudis amb altres variables ambientals i permetrà avaluar canvis en la qualitat de cel amb el pas dels anys.

This thesis is focused on the study of Light Pollution (LP) in urban and protected areas of Catalonia. Light pollution is any effect generated by artificial lighting. Normally Light Pollution is associated with astronomy, but there are many other effects in natural environment, health or power consumption.

The evaluation of LP can be done measuring the night sky brightness (NSB) using for example telescopes and cameras or using stand-alone devices for this purpose. One of the topics of this work is the intercomparison and calibration of these devices to improve their precision and use them to establish a LP measurement network.

We have measured NSB with two approaches: extensive measurements covering a large area as well as permanent stations to analyze the evolution of the NSB.

The extensive measurements allow us to generate maps of light pollution of an area. To do that we have defined routes and a good strategy of filtering and data selection. With this method we can create light pollution maps from Sky Quality Meters measurements. With these maps we can evaluate different areas and we can confirm the good quality of the Starlight protected area of Montsec with NSB compatible with a natural area. In the other hand we can evaluate the effects of the near city of Lleida that affects zenithal measurements up to 20 km far from the city.

We have created the Catalan Light Pollution Network with all the specifications and methods to do a permanent monitoring of the NSB. After one year of operation we can evaluate how the lunar cycle is almost not detectable in some periods in urban areas or how the Milky Way could affect the measurements in really dark sites with an increase of brightness up to 0.5 magnitudes. Monitoring measurements in combination with environmental data allow us to study the effects of clouds in NSB. We have determined for the first time ever how the clouds could generate a reduction of measured NSB in pristine areas meanwhile in urban areas the same kind of clouds increases the NSB up to 2 magnitudes. In the near future with more data available any other environmental parameters could be analyzed and long term evolution of light pollution could be studied.