Metody pomiarowe

Łatwo mierzalnym wskaźnikiem stanu zanieczyszczenia nocnego środowiska sztucznym światłem jest jasność nocnego nieba. Im większa ilość tego światła, tym jaśniejsze jest nocne niebo. Wzrost jasności nocnego nieba zmniejsza widoczność obiektów astronomicznych, co utrudnia lub uniemożliwia naziemne obserwacje astronomiczne. Pomiary jasności nocnego nieba mają więc dla astronomii istotne znaczenie. Ponieważ zanieczyszczenie światłem wpływa też negatywnie m.in. na środowisko naturalne i człowieka, wypracowane przez astronomów metody pomiarów i same pomiary jasności nocnego nieba mogą mieć i mają szersze, pozaastronomiczne znaczenie.

Wraz ze wzrostem zanieczyszczenia światłem wzrasta jasność (tła) nieba. Jaśniejsze niebo powoduje, że słabsze gwiazdy stają się niewidoczne dla oka, a stąd na niebie widać mniej gwiazd. Bazując na tym zjawisku można zbudować kilka astronomicznych metod pomiaru poziomu stanu zanieczyszczenia nocnego środowiska sztucznym światłem. Metody te polegają na pomiarze jasności nieba lub wyznaczeniu jasności najsłabszych widocznych gwiazd lub oszacowaniu ilości widocznych gwiazd.

Dla realizacji projektu Wygasz wybrano następujące metody:

Szacowanie ilości gwiazd widocznych okiem nieuzbrojonym w sprzęt optyczny. Metoda wykorzystuje zliczenia gwiazd w wybranych polach na niebie oraz metodykę szacowania zwaną problemem Fermiego.
Wyznaczanie jasności granicznej, czyli jasności najsłabszych gwiazd widocznych przy obserwacjach wizualnych bez sprzętu optycznego. Metoda ta bazuje na procedurze opracowanej przez International Meteor Organization.
Pomiar jasności nieba nocnego za pomocą instrumentu SQM (sky quality meter). SQM jest prostym fotometrem, powszechnie wykorzystywanym przy pomiarach jasności nieba. To przenośne urządzenie pozwala na wykonanie wiarygodnych pomiarów nawet przez osoby niebędące zawodowymi astronomami czy doświadczonymi obserwatorami nieba.
Pomiar jasności tła nieba za pomocą fotografii cyfrowej. Zdjęcia nieba uzyskane przy pomocy aparatów cyfrowych i teleskopów pozwalają dokładnie wyznaczyć jasność tła nieba, czyli jasność nieba uwolnioną od bezpośredniego wpływu światła obiektów astronomicznych. Metoda ta wykorzystywana jest w obserwatoriach astronomicznych do oceny jakości nieba nocnego.

Dwie pierwsze metody są wizualne – instrumentem pomiarowym jest tu nasze oko. Dwie pozostałe to metody instrumentalne. Wybór powyższych metod nie jest przypadkowy. Każda z nich jest dobrze poznana i często używana do oceny stopnia zanieczyszczenia światłem. Metody te dają uzupełniające się wyniki. Ich jednoczesne wykorzystanie umożliwia pełniejszą analizę poziomu zanieczyszczenia światłem. Metody pomiarowe zostały tak dobrane, aby umożliwić ich łatwe wykorzystanie przez osoby niebędące naukowcami. Jednocześnie pozwalają one zapoznać się z metodami pracy naukowej oraz sposobami zbierania i analizowania danych. Zdobycie umiejętności w posługiwaniu się powyższymi metodami pozwala równocześnie opanować podstawową wiedzę z zakresu astronomii.

Szczegółowy opis każdej z metod znajduje się w osobnej zakładce (patrz menu nawigacyjne). Przed przystąpieniem do pomiarów zalecamy zapoznać się z niezbędną, podstawową wiedzą dotyczącą prowadzenia obserwacji astronomicznych.

Uwaga, musimy pamiętać o następujących czynnikach, które będą miały wpływ na wynik otrzymany z naszych pomiarów:

Przed wykonaniem obserwacji musimy przyzwyczaić oczy do ciemności, co zajmuje ok. 10-15 min. Podczas obserwacji musimy unikać patrzenia na jasne źródła światła, a oświetlenia kartki, na której zapisujemy nasze obserwacje koniecznie używajmy słabego światła czerwonego. W przeciwnym razie stracimy adaptację oczu do ciemności. Chodzi tu nie tylko o to byśmy mogli widzieć jak najsłabsze gwiazdy (ważne przy metodach wizualnych), ale mogli bezpiecznie poruszać się w miejscu prowadzenia pomiarów.
Jasność nieba stopniowo maleje (wzrasta) po zachodzie (przed wschodem) Słońca. Dlatego powinniśmy prowadzić pomiar jakiś czas po zachodzie lub przed wschodem Słońac, aby niebo osiągnęło minimalną możliwą jasność. Dla naszych szerokości geograficznych ten czas wynosi około 2 godzin. Dodatkowo od końca maja do końca lipca Słońce u nas nie zachodzi wystarczająco głęboko pod horyzont i nawet w środku nocy niebo nie jest tak ciemne jak może być.
Obecność Księżyca również zwiększa jasność nieba (nawet kilkudziesiątkrotnie), dlatego musimy pomiary prowadzić w noce bezksiężycowe (chyba, że chcemy zmierzyć jasność nieba np. w czasie pełni). Do pomiarów najlepiej będą nadawały się noce pomiędzy ostatnią a pierwszą kwadrą. Tak jak w przypadku Słońca, Księżyc musi być odpowiednio głęboko pod horyzontem. Dla naszych szerokości geograficznych warunek ten spełniony będzie za wyjątkiem około 30 min. po zachodzie lub przed wschodem Księżyca.
Na wynik naszego pomiaru może wpłynąć też stopień zachmurzenia nieba oraz jego przesłonięcie przez okoliczne budynki, drzewa, wzniesienia, itp. Dlatego obserwacje powinniśmy prowadzić w terenie możliwie otwartym i przy niewielki lub zerowym zachmurzeniu.
Nawet jeśli pominiemy wpływ powyższych czynników i tak jasność nieba może być różna podczas kolejnych nocy. Na jasność tę (i nasz wynik) wpływa też przejrzystość powietrza, która zależy od ilości pyłów i areozoli. Ten czynnik zmienia się z dnia na dzień. Im bardziej przejrzyste powietrze tym słabiej rozprasza się w nim światło a tym samym jasność nieba jest mniejsza.
Kolejny czynnik atmosferyczny to śnieg. Jeśli powierzchnia ziemi przykryta jest śniegiem, to więcej światła lamp ulicznych odbija się do góry w niebo, zwiększając jego jasność.