Behoud van de donkere en stille hemel

Inleiding

Naar de sterren kijken en sterrenbeelden, vallende sterren en kometen spotten is een leuke bezigheid die ons bewust maakt van onze plek in de kosmos. Astronomie is tevens de oudste wetenschap van de mensheid: al duizenden jaren gebruikt de mens de sterren als gids en tijdmeter. De afgelopen decennia is de kwaliteit van de nachthemel echter aangetast door menselijke activiteiten, zowel door allerlei soorten vervuiling op grondniveau, waaronder de lichtvervuiling, als door vervuiling van de hemel in de vorm van vliegtuigen en de ophanden zijnde dreiging van satellieten in lage aardbanen.

Volgens een rapport uit 2016 ondervindt meer dan tachtig procent van de wereldbevolking hinder van lichtvervuiling bij het bekijken van de nachthemel. De glorieuze aanblik van de Melkweg wordt met de dag fletser, en inmiddels zijn meerdere generaties opgegroeid zonder ooit de ware schoonheid van de nachthemel te hebben aanschouwd. Een derde van de mensheid kan de Melkweg ’s nachts al niet meer zien vanwege de lichtvervuiling. Bovendien beginnen ook recent gelanceerde satellieten de manier waarop we naar de nachthemel kijken te vervuilen, waardoor astronomische opnamen steeds vaker artefacten vertonen.

Welke soorten vervuiling tasten onze hemel aan en wat doet ESO om deze te beperken?

De bedreigingen voor onze hemel

Lichtvervuiling

Lichtvervuiling wordt gewoonlijk gedefinieerd als ‘kunstmatig licht dat schijnt waar het niet gewenst of nodig is’. Hierdoor wordt de donkere hemelachtergrond steeds lichter, en zijn astronomische objecten vanuit gebieden met veel lichtvervuiling steeds moeilijker waarneembaar. Lichtvervuiling is het gevolg van toenemende industrialisatie en inefficiënt of overmatig gebruik van lichtbronnen in steden en andere gebieden. De bronnen van lichtvervuiling omvatten zowel binnen- als buitenverlichting, maar externe lichtbronnen, zoals straatlantaarns, schijnwerpers en felle reclameborden, dragen het meest bij aan de milieueffecten van lichtvervuiling.

Beroepsastronomen zijn een van de groepen voor wie de effecten van lichtvervuiling een uitdaging vormen. Lichtvervuiling zet de hemel letterlijk in de schijnwerpers, waardoor het voor aardse waarnemers moeilijk wordt om zwakke objecten te zien: hoe helderder de hemel, hoe minder sterren er vanaf de aarde te zien zijn. Dit heeft aanzienlijke gevolgen voor het maken van hemelopnamen, vooral bij fotometrische beeldvormingstechnieken (die de helderheid van het licht van astronomische objecten meten). Dit komt doordat het moeilijk is om de achtergrondlichtvervuiling te scheiden van de lichtsignalen uit de kosmos waar astronomen naar zoeken.

Lichtvervuiling heeft ook gevolgen voor amateur-astronomen, mensen en dieren. Licht kan binnendringen in slaapkamers, autobestuurders afleiden en de natuurlijke lichaamsklok van dieren verstoren. De Nobelprijs voor fysiologie en geneeskunde van 2017 werd toegekend aan een onderzoeksgroep die ontdekte dat het menselijk lichaam een natuurlijk daglichtritme en nachtelijke duisternis nodig heeft om gezond te blijven, en latere studies hebben een verband gelegd tussen de toenemende lichtvervuiling en een toename van bepaalde vormen van kanker.

Ook wilde dieren in zowel landelijke als stedelijke gebieden hebben last van verstoring door lichtvervuiling. Zowel trekvogels als mestkevers oriënteren zich met behulp van de Melkweg en raken gedesoriënteerd door lichtvervuiling. Bovendien draagt lichtvervuiling bij tot een enorme energieverspilling, omdat verlichting zowel bij de productie als bij het gebruik energie kost. Uit een studie uit 2012 is bijvoorbeeld gebleken dat een kleine stad in Italië zestig procent van haar energieverbruik alleen al aan straatverlichting besteedde. Het verminderen van overtollige verlichting kan daarom helpen onze koolstofvoetafdruk te verkleinen.

Om het probleem van lichtvervuiling te omzeilen, bouwen astronomen hun telescopen ver van steden in afgelegen donkere hemelgebieden, zoals de ESO-sterrenwacht op Paranal in de Chileense Atacama-woestijn. Maar zelfs op zulke afgelegen locaties wordt de ongerepte donkere hemel steeds meer bedreigd door lichtvervuiling door de groei van nabijgelegen steden.

How light pollution affects the dark night skies
Deze afbeelding illustreert de Bortle-schaal, die het effect van lichtvervuiling op de donkere hemel op een bepaalde plaats aangeeft. Hij toont, van links naar rechts, de toename van het aantal sterren dat zichtbaar is bij een uitstekende donkere hemel in vergelijking met steden.
Credit: ESO/P. Horálek, M. Wallner
 

Satellieten in lage aardbanen

Er duikt een nieuwe bedreiging op in de strijd om ons zicht op de nachthemel te beschermen: het grote aantal satellieten dat in lage aardbanen wordt gebracht. In de komende tien jaar zouden bedrijven als SpaceX, Amazon en OneWeb wel 100.000 satellieten in deze banen kunnen brengen. Hoewel deze satellieten belangrijk zijn voor wereldwijde communicatienetwerken, kunnen ze vanwege hun enorme aantallen, grote helderheid en alomtegenwoordige radio-emissies ook gevolgen hebben voor de astronomie. Wanneer een satelliet door de zon wordt aangelicht, ziet hij eruit als een helder vlekje aan de hemel, bijna als een vliegtuig in de verte. Door het grote aantal satellieten en het zonlicht dat zij weerkaatsen, kunnen zij metingen van sterrenwachten op aarde verstoren, met name in de schemering.

Albireo in Cygnus with Starlink Satellites
De ster Albireo in de Zwaan te midden van talrijke lichtsporen van Starlink-satellieten.
Credit: Rafael Schmall

Telescopen in een lage aardbaan, zoals de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA, kunnen eveneens worden beïnvloed door satellieten die hun gezichtsveld doorkruisen. De telescopen zelf kunnen worden beschadigd (of zelfs vernietigd) door botsingen met andere satellieten of ruimteschroot, zoals te zien is in de film Gravity uit 2013, waarin Hubble wordt verbrijzeld door ruimteschroot.

Steeds meer satellieten zullen boven alle sterrenwachten opduiken. Dit zal een merkbaar effect hebben op waarnemingen tussen ochtendschemering en zonsopkomst of tussen zonsondergang en avondschemering.

Deze satellieten hebben ook gevolgen voor de radioastronomie. Het gaat om honderden radiozenders boven de horizon van de sterrenwacht, die van invloed zullen zijn op de metingen van onze zeer gevoelige radiotelescopen, zoals APEX of ALMA, waarin ESO partner is. (Daarbij moet wel worden opgemerkt dat de lopende detailstudies naar de effecten van satellietconstellaties op ALMA of APEX nog niet zijn afgerond.)

ESO is actief betrokken bij onderzoek om de potentiële effecten van nieuwe satellietconstellaties te bestuderen. In 2020 schetste een ESO-studie de gevolgen van nieuwe satellietconstellaties voor waarnemingen vanaf de aarde in zichtbaar licht en nabij-infrarood. Uit deze studie bleek dat telescopen zoals de Very Large Telescope (VLT) van ESO en de toekomstige Extremely Large Telescope (ELT), beide in de Chileense Atacama-woestijn, ‘matig beïnvloed’ zullen worden door deze satellieten. Een recentere studie, die op de eerdere analyse voortbouwde en in 2022 is gepubliceerd, heeft deze bevindingen verfijnd.

Het effect is het grootst voor lange belichtingen, waarvan tijdens de schemering tot drie procent kan worden verpest. Uit de studie bleek verder dat de grootste gevolgen van de nieuwe satellietconstellaties voor rekening komen voor ‘groothoektelescopen’ zoals de Vera C. Rubin-sterrenwacht van de Amerikaanse National Science Foundation (geen ESO-faciliteit), waarbij dertig tot vijftig procent van de schemerwaarnemingen ‘ernstige hinder zal ondervinden’.

ESO’s missie om onze donkere en stille hemel te beschermen

ESO is actief betrokken bij de campagne voor het behoud van de donkere en stille hemel, en neemt deel aan talrijke projecten ter vermindering van de vervuiling door strooilicht, satellietconstellaties en vliegtuigen. Boven de ESO-sterrenwacht op Paranal is bijvoorbeeld een verminderd vluchtschema van kracht, zodat vliegtuigen in de buurt van de sterrenwacht vanuit de telescopen gezien niet te ver boven de horizon komen.

Via het Gezamelijk comité van ESO en de Chileense regering financiert ESO verschillende regionale en nationale initiatieven om het grote publiek meer bewust te maken van lichtvervuiling. Nog belangrijker is dat ESO en zustersterrenwachten het Office for the Protection of the Sky Quality in Northern Chile (OPCC) sponsoren en financieren, dat tot taak heeft de nachthemel van de regio’s Antofagasta, Atacama en Coquimbo tegen lichtvervuiling te beschermen. Het OPCC werkt samen met astronomische organisaties en de Chileense autoriteiten om praktische oplossingen te vinden voor de dreiging van een steeds lichter wordende hemel. Deze oplossingen variëren van advies aan lokale burgers over het ontwerpen van verlichting tot de tot de invoering van nieuwe verlichtingsnormen.

ESO heeft uitgebreid gewaarschuwd voor de gevaren van satellietconstellaties voor sterrenwachten op de grond. Wetenschappers en beleidsdeskundigen van ESO maakten deel uit van de Dark and Quiet Skies Working Group – een internationale samenwerking onder leiding van de Internationale Astronomische Unie (IAU), die hun conclusies over de bescherming van donkere en stille hemels heeft samengevat in twee rapporten, die in 2020 en 2021 zijn gepubliceerd.

In samenwerking met de IAU en andere partnerorganisaties heeft ESO ook een petitie ingediend bij het VN-Comité voor het vreedzaam gebruik van de ruimte (COPUOS), voor een betere bescherming van onze donkere en radio-stille hemel. In 2022 diende de samenwerking een document in bij COPUOS dat is besproken tijdens de 59ste zitting van de wetenschappelijke en technische subcommissie van COPUOS. Dit was de eerste keer dat de donkere en stille hemel ooit als formeel agendapunt door de Verenigde Naties werd ingediend.

"Het is (...) in het belang van de hele internationale wetenschappelijke gemeenschap om de wereldwijde astronomische observatiemogelijkheden te beschermen tegen ongunstige en aanzienlijk verstorende en schadelijke kunstmatige interferentie." (VN COPUOS-document over de bescherming van de donkere en stille hemel, 2022)

Op de hoogte blijven van de verschillende beleidsinitiatieven inzake astronomie is zeer belangrijk voor ESO, die een permanente waarnemer is bij COPUOS. ESO is tevens betrokken bij tal van andere organisaties die de bescherming van donkere en stille hemels ondersteunen: zij is levenslang lid van de International Dark-Sky Association en volgt andere regionale initiatieven zoals de European Dark Skies Conference op de voet. ESO is ook een bijdragend lid van het IAU Centre for the Protection of the Dark and Quiet Sky from Satellite Constellation Interference, dat in april 2022 is opgericht om multidisciplinaire internationale inspanningen te coördineren om het negatieve effect van satellietconstellaties op optische en radioastronomische waarnemingen, en op het genot van de nachthemel voor de mens, te helpen verminderen.

ESO draagt verder bij aan initiatieven die erop zijn gericht de donkere en stille hemel voor iedereen te beschermen, door deel te nemen aan projecten zoals het door de EU gefinancierde STARS4ALL consortium en het Starlight Initiative, dat door UNESCO, de IAU, de Wereldtoerismeorganisatie van de Verenigde Naties (UNTWO) en andere mondiale organisaties wordt gesteund.

“Een onvervuilde nachthemel die het mogelijk maakt van het firmament te genieten en het te aanschouwen, moet worden beschouwd als een fundamenteel sociaal-cultureel en ecologisch recht,’ aldus de IAU-resolutie over de nachthemel. ‘De nachthemel is en blijft een inspiratiebron voor de mensheid, en de beschouwing ervan vormt een essentieel element in de ontwikkeling van het wetenschappelijk denken in alle beschavingen.