Земля зажгла: спутники зафиксировали стремительное «посветление» планеты за последние годы

Искусственное освещение в ночное время сделало планету Земля ярче на 16% в период с 2014 по 2022 год, показало новое исследование с использованием спутниковых снимков. Но некоторые районы, включая те, что пострадали от войн и стихийных бедствий, а также страны с эффективной политикой по борьбе со световым загрязнением и энергосбережению, идут вразрез с этой тенденцией.

Из космоса Земля ночью представляет собой великолепное зрелище — затемненную сферу, испещренную голубоватыми и золотистыми огнями, которые вырисовывают контуры стран и континентов. Так было не всегда. Для наших предков этот мерцающий шар был бы полностью темным. Искусственное освещение ночью показывает прогресс цивилизации по мере возникновения новых поселений и расширения электрических сетей, приносящих удобства современной жизни. Но постоянный искусственный свет также стал проблемой, влияя на качество сна, нарушая биоритмы растений и животных и мешая нашим взглядам на космос.

Новое исследование, проведенное международной группой ученых, показало, что Земля в целом становится ярче. Но есть оговорки: во многих районах огни фактически погашены из-за войн и стихийных бедствий или затемнены эффективной политикой энергосбережения. Фактически, ведущий автор исследования Чжэ Чжу заявил, что, несмотря на общее посветление, видимое на спутниковых снимках, «тускнеющие» районы мира на самом деле увеличиваются в размерах ускоряющимися темпами.

«Мы обнаружили, что Земля не постепенно светлеет, она мерцает», — сказал Чжу, доцент кафедры дистанционного зондирования Коннектикутского университета. «Посветление в основном вызвано развивающимися странами, такими как Индия, Китай и части Африки. Но мы также видим, что области затемнения увеличиваются с каждым годом. Частично это связано с внезапными событиями, такими как войны и стихийные бедствия, но мы также видим огромную область затемнения в Европе, где были приняты соответствующие законы. В США освещение в основном продолжает увеличиваться».

Например, резкое снижение ночного искусственного освещения наблюдалось в Украине после российского вторжения, начавшегося в феврале 2022 года. Франция, развитая западноевропейская страна, стала тусклее на ошеломляющие 33% благодаря новой политике.

Чжу сказал, что это исследование является первым, которое выявило тенденции в использовании искусственного света с уровнем временной детализации, позволяющим различать отдельные события и региональные тренды. Таким образом, исследователи смогли увидеть в данных развертывание карантинных ограничений COVID-19 по всему миру и отслеживать фазы вооруженных конфликтов.

«Вы можете видеть почти в реальном времени, когда происходит война», — сказал Чжу. «В Палестине можно было увидеть много спадов и подъемов каждый раз, когда вспыхивал конфликт. Также можно увидеть катастрофы, такие как сильные ураганы в Пуэрто-Рико, которые практически полностью отключают электричество на долгое время».

Исследователи использовали данные инструмента NASA Black Marble, который использует специальные алгоритмы для обработки измерений прибора Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS). Прибор VIIRS установлен на спутнике Suomi NPP (совместный проект NASA и Национального управления океанических и атмосферных исследований США) и на его предшественнике NOAA-20. VIIRS фиксирует широкий спектр световых сигнатур — от ультрафиолетового до инфракрасного света, выявляя ночное свечение планеты. Алгоритмы, объяснил Чжу, отфильтровывают нежелательные помехи, такие как отражения лунного света, сияние полярных огней, тени облаков и растительности, а также различия, вызванные углом обзора спутника во время разных проходов.

Однако сообщаемое в этом исследовании увеличение яркости может быть несколько искажено, поскольку спутниковые датчики, питающие инструмент NASA Black Marble, нечувствительны к голубоватому свету, излучаемому большинством традиционных светодиодных ламп, которые доминируют в современных технологиях освещения, сказал Чжу. Исследование 2023 года, основанное на более чем 50 000 наблюдений со всего мира, показало, что воспринимаемая яркость ночного неба в населенных пунктах по всему миру росла с ошеломляющей скоростью почти 10% в год в течение последнего десятилетия. Это увеличение яркости фактически стирает звезды с ночного неба, вынуждая любителей астрономии и профессиональных астрономов отступать во все более отдаленные места. Неустанное свечение, которое не позволяет наступить истинной темноте даже глубокой ночью, также оказывает глубокое влияние на здоровье человека, растений и животных, нарушая сон и естественные циклы роста.

Кристофер Кайба, профессор дистанционного зондирования ночного света в Рурском университете Бохума (Германия) и один из соавторов статьи, объяснил, что человеческое зрение ночью наиболее чувствительно к коротковолновому синему свету и почти нечувствительно к ближнему инфракрасному излучению, в то время как VIIRS не чувствителен к свету с длиной волны ниже 500 нм (то есть к синему), но легко видит инфракрасный свет от натриевых ламп высокого давления. Поэтому, когда город переводит уличное освещение с натриевых ламп на белые светодиоды, человек скажет, что стало ярче, а спутник покажет, что стало темнее.

Чжу говорит, что посветление — это не только мрачный сигнал для любителей звездного неба. Во многих регионах, особенно в неразвитых районах Африки и Азии, огни означают улучшение экономического благосостояния. «С экономической точки зрения, посветление может быть хорошей новостью», — сказал он. «Это означает больше активности, доступ к электричеству для людей, у которых его раньше не было». Исследование было опубликовано в журнале Nature в среду (8 апреля).

Парадокс «мерцающей Земли», обнаруженный Чжу и его коллегами, ставит перед экологами и урбанистами новые сложные вопросы. С одной стороны, увеличение яркости в развивающихся странах — это бесспорный маркер прогресса: миллионы людей перестали жить при свечах и керосиновых лампах, дети могут учить уроки по вечерам, а больницы — работать круглосуточно. С другой стороны, та же Индия и Китай уже начинают ощущать негативные последствия светового загрязнения: массовые жалобы на бессонницу, снижение урожайности сельхозкультур из-за нарушения фотопериодизма и, что курьёзно, растущие счета за электричество.

Европейский опыт затемнения заслуживает отдельного анализа. 33-процентное снижение яркости во Франции — это результат не блэкаута, а жёсткого законодательства. С 2019 года в стране действует закон, обязывающий магазины отключать витрины после 1 часа ночи, а офисные здания — гасить свет в нерабочее время. Подобные меры, хотя и вызывали поначалу протесты ритейлеров, теперь считаются образцовыми. Однако исследование показывает, что даже объединённая Европа не смогла переломить глобальный тренд: её затемнение просто «размывается» неуклонным ростом освещения в Азии, Африке и Южной Америке.

Технологический аспект, подмеченный Кайбой, добавляет еще один слой сложности. Массовый переход на светодиоды (LED), которые потребляют в разы меньше энергии и служат дольше, воспринимался экологами как спасение. Но именно эти лампы излучают много синего света, который сильнее всего рассеивается в атмосфере и создает то самое ореольное свечение над городами, которое мешает астрономам. Ирония в том, что спутники NASA видят такое небо как более темное, а человек — как более яркое и вредное. Это расхождение означает, что глобальные оценки светового загрязнения, возможно, занижены.

Будущее ночной Земли зависит от двух факторов: геополитики и технологий. Пока военные конфликты на Ближнем Востоке и в Восточной Европе создают «провалы» темноты на картах — районы полного отключения электроэнергии, где люди возвращаются к доиндустриальному образу жизни. А после окончания активных фаз боевых действий эти регионы вспыхивают с новой силой в ходе восстановления. Получается, что война временно решает проблему светового загрязнения самым жестоким способом.

Ученые призывают не ждать чуда, а внедрять «умное» освещение: датчики движения, регулируемую яркость и экранирование светильников, чтобы свет падал строго вниз, а не в небо. Чжэ Чжу резюмирует: «Мы не можем запретить прогресс, но мы можем сделать его менее агрессивным для планеты. Ночь должна оставаться ночью, даже в эпоху LED». Если мировые правительства не прислушаются, через 20 лет Млечный Путь станет для большинства городских жителей такой же легендой, как динозавры, — то, что видели только в учебниках.