Straßenlaternen tragen weniger zu nächtlichen Lichtemissionen einer Stadt bei als erwartet

Satellitenbilder von nächtlich erleuchteten Orten und Straßen zeigen das Ausmaß der „Lichtverschmutzung“ auf der Welt. Nur: Wie viel des Lichts, das die Satelliten auffangen, stammt wirklich von Straßenlaternen und nicht aus anderen Quellen? Ein Team von Forschenden aus Deutschland, den USA und Irland hat diese Frage am Beispiel der US-amerikanischen Stadt Tucson zum ersten Mal beantwortet – dank der „Smart City“-Beleuchtungstechnologie, die es Städten ermöglicht, ihre Beleuchtung zu dimmen. Das Ergebnis: Nur etwa 20 Prozent des Lichts in den Satellitenbildern von Tucson stammt aus Straßenlaternen. Die Studie wurde heute in der Zeitschrift „Lighting Research & Technology“ veröffentlicht.

Das Team führte ein Experiment durch, in dem es die Helligkeit von Straßenlaternen in der Stadt Tucson, Arizona, USA, verändern ließ und beobachtete, wie dies die Wahrnehmung der Helligkeit der Stadt aus dem Weltraum beeinflusste. Christopher Kyba vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ leitete das Team. Er sagt, die Studie sei wichtig, denn sie zeige, dass Smart City Technologien für Experimente im Stadtmaßstab eingesetzt werden können: „Wenn Sensoren und Steuerungssysteme in einer ganzen Stadt installiert werden, ist es möglich, Prozesse der Stadt zu verändern und die Auswirkungen auf die Umwelt zu messen, sogar vom Weltraum aus.“

An zehn Tagen im März und April 2019 änderten Stadtbedienstete in Tucson die Helligkeitseinstellungen für etwa 14.000 der 19.500 Straßenlaternen der Stadt. Normalerweise werden die meisten Straßenlaternen in Tucson am Abend mit 90 Prozent ihrer maximal möglichen Beleuchtungsstärke eingeschaltet und um Mitternacht auf 60 Prozent gedimmt. Während des Experiments dämpfte die Stadt die Beleuchtung stattdessen in einigen Nächten bis auf 30 Prozent, in anderen regelte sie das Licht auf 100 Prozent hoch. Die Lichter der Stadt wurden von dem Satelliten Suomi National Polar-orbiting Partnership (NPP) beobachtet, der von den USA betrieben wird und für seine globalen Karten des nächtlichen Lichts berühmt ist. Der Satellit nahm wolkenfreie Bilder von Tucson auf: in vier Nächten während des Tests und in zwei weiteren Nächten danach, mit regulärem Beleuchtungsschema. Durch den Vergleich der Stadthelligkeit in den sechs verschiedenen Nächten fanden die Forschenden heraus, dass in einer normalen Nacht nur etwa 20 Prozent des Lichts in den Satellitenbildern von Tucson aus Straßenlaternen stammt.

Die Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit, so der Mitverfasser der Studie, Dr. John Barentine von der International Dark-Sky Association. In einem zweiten Experiment, das zur gleichen Zeit durchgeführt wurde, haben Barentine, Kyba und ihre Koautoren die Helligkeit des Himmels über Tucson von der Stadt aus vermessen. Dabei haben sie ebenfalls untersucht, welchen Einfluss die Variation der Beleuchtungsstärke von Straßenlaternen hat. So konnten sie zeigen, dass auch der Großteil der Helligkeit des Himmels über Tucson aus anderen Quellen stammen muss. „Zusammengenommen zeigen diese Studien, dass in einer Stadt mit gut konzipierter Straßenbeleuchtung der größte Teil der Lichtverschmutzung andere Ursachen hat, beispielsweise helle Fenster, beleuchtete Schilder und Fassaden oder Sportplätze“, erklärt Barentine. Die Forschenden kommen zu dem Schluss, dass lokale und nationale Regierungen deshalb über mehr als nur die Straßenbeleuchtung nachdenken müssen, wenn sie versuchen, die Lichtverschmutzung zu reduzieren.

Dem Team zufolge sind die Veränderungen in der Helligkeit der Straßenbeleuchtung für Passanten kaum wahrnehmbar, da sich die Augen der Menschen schnell an das Lichtniveau anpassen. Die Forschenden berichten, dass die Stadt während des Tests keine Kommentare oder Beschwerden über die veränderte Beleuchtung erhielt. Es gibt auch keine Hinweise oder Andeutungen, dass die Reduzierung des Beleuchtungsniveaus als Teil des Versuchs negative Auswirkungen auf die öffentliche Sicherheit hatte.

Kyba ist daher von der Idee begeistert, solche Experimente regelmäßiger und in anderen Kommunen durchzuführen. „Anstatt die Beleuchtung jeweils spätnachts auf immer das gleiche Niveau zu dimmen, könnte eine Stadt stattdessen an geraden Tagen auf 45 Prozent und an ungeraden Tagen auf 55 Prozent dimmen“, schlägt Kyba vor. „Die Stadtbevölkerung würde keinen Unterschied feststellen, aber auf diese Weise könnten wir messen, wie sich der Beitrag der verschiedenen Lichtarten im Laufe der Zeit verändert.“

Weiteres Bildmaterial:
Nachtaufnahmen des Suomi NPP Satelliten (mit dem Tag-Nacht-Band im Sichtbaren Infrarot Spektralbereich). Sie zeigen Tucson, USA, in den Nächten des 31. März 2019 (als die meisten Straßenlaternen auf 30% des Maximums gedimmt wurden) und am 7. April 2019 (als die Straßenlaternen auf volle Leistung gestellt wurden). Der Unterschied ist in den westlichen Stadtrandgebieten am größten, wo die Straßenlaternen einen größeren Anteil der gesamten Lichtemission ausmachen.
Link:
https://media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/20/11369_Satellit_Tucson_30vs100_de.gif

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Christopher Kyba
Fernerkundung und Geoinformatik
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
kyba@gfz-potsdam.de
Tel.: +49 331 288 28973

Dr. John Barentine
International Dark-Sky Association
john@darksky.org
Tel.: +1 520 347 6363

Originalpublikation:

C.C.M. Kyba, A. Ruby, H.U. Kuechly, B. Kinzey, N. Miller, J. Sanders, J. Barentine, R. Kleinodt, B. Espey. Direct measurement of the contribution of street lighting to satellite observations of nighttime light emissions from urban areas. Lighting Research & Technology (LR&T), October 2020. DOI: 10.1177/1477153520958463

Weitere Informationen:

Zusätzliche Veröffentlichung
J.C. Barentine, F. Kundracik, M. Kocifaj, J.C. Sanders, G.A. Equerdo, A.M. Dalton, B. Foott, A. Grauer, S. Tucker, C.C.M. Kyba. Recovering the city street lighting fraction from skyglow measurements in a large-scale municipal dimming experiment. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, Volume 253, September 2020. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2020.107120

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