スカイグロー

スカイグロー（またはスカイグロウ）は、月や目に見える個々の星などの個別の光源とは別に、夜空の拡散した輝度です。これは光害の一般的な側面です。スカイグロウは通常、人工照明から生じる輝度を指しますが、星の光、黄道光、大気光などの自然光を含む、夜間に見えるあらゆる散乱光も含む場合があります。^{[1] [2]}

光害の文脈では、スカイグローは照明や広告に使用される電気（まれにガス）照明やガスフレアなどの人工光源の使用によって発生します。^[3]上向きまたは不完全に遮蔽された光源から直接大気中に伝播する光、または地面やその他の表面で反射した後、部分的に地面に向かって散乱し、遠くからでも見える拡散した輝きを生み出します。人工照明によるスカイグローは、都市や町の上空に輝く光のドームとして最もよく見られますが、先進国全体に広がっています。

屋外環境であらゆる目的で使用される光は、照明器具の遮蔽が不十分な場合など回避可能な要素によって、また遮蔽されていない標識や意図的に照らされた表面からの反射など、少なくとも部分的には回避不可能な要素によって、スカイグローの原因となります。この光の一部は、分子やエアロゾル（メカニズムの項を参照）、および（存在する場合）雲によって大気中で地面に向かって散乱され、スカイグローの原因となります。

研究によると、近くから見ると、空の輝きの約半分は直接上向きの放射から生じ、残りの半分は反射によるものですが、その比率は照明器具の詳細や使用法、および光源からの観測点の距離によって異なります。^{[4] [5]}ほとんどの地域では、直接上向きの放射は平均で約10〜15％です。^[4]完全に遮蔽された照明（直接上向きに放射される光がない）は、近くで見ると空の輝きを約半分に減らしますが、遠くから見るとその減少率ははるかに大きくなります。

空の輝きは、雪の存在によって著しく増強され、また都市部およびその近くでは雲が存在する場合にも増強されます。^[6]遠隔地では、雪は空を明るくしますが、雲は空を暗くします。

空の輝きを引き起こす光の散乱には、N ₂や O ₂などの分子による散乱（レイリー散乱と呼ばれる）と、ミー理論によって説明されるエアロゾルによる散乱の 2 種類があります。レイリー散乱は短波長（青色）の光に対して非常に強くなりますが、エアロゾルによる散乱は波長による影響が小さくなります。レイリー散乱により、日中の空は青く見えます。エアロゾルが多いほど、空は青みがかって白く見えます。多くの地域、特に都市部では、現代の産業活動、発電、農業、輸送によって生じる大量のエアロゾル負荷のために、エアロゾル散乱が優勢です。

レイリー散乱は波長に大きく依存するが、実際の光源の空の輝きへの影響は小さい。波長が短いほど散乱が増加するが、散乱の増加は減光の増加も引き起こす。観測点が光源に近い場合、その影響はほぼ均衡する。^[7]

空の輝きに関する人間の視覚的知覚では、一般的に空の輝きについての議論で想定される文脈では、より短い波長を多く含む光源はより明るい空の輝きを生み出しますが、その理由は異なります (「§ 光源への依存性」を参照)。

プロの天文学者や光害の研究者は、単位面積あたりの光度または放射強度のさまざまな尺度、たとえば平方秒角あたりの等級、平方メートルあたりのワット数、(ナノ)ランベルト、平方メートルあたりの(マイクロ)カンデラなどを使用します。^[8]天空の輝きの明るさの全天マップは、CCD検出器を備えたプロ仕様の画像カメラで作成され、星を較正源として使用します。^{[9] [10]}アマチュア天文学者は、 2001 年 2 月にSky & Telescope誌で発表されて以来、ボートル ダーク スカイ スケールを使用して天空の輝きを大まかに定量化してきました。 ^[11]このスケールは、天空の輝きによって妨げられる夜空の暗さを 9 つのクラスで評価し、スケール上の各位置の詳細な説明を提供します。アマチュアは、平方秒角あたりの視 (ジョンソンV) 等級の天文学的な測光単位で名目上測定するスカイ クオリティ メーター(SQM) もますます使用しています。^{[注 1]}

人工光源から発生する空の明るさは、大気の吸収と組み合わさった 逆二乗則を特徴とする幾何学的効果により、光源からの距離とともに急激に低下します。おおよその関係は次のように表されます。

${\displaystyle {\text{強度}}\ \propto \ {\frac {1}{{\text{距離}}^{2.5}}}\,}$

これは「ウォーカーの法則」として知られています。^[13]

ウォーカーの法則は観測によって検証されており^{[13] [9]、}光源（都市など）によって引き起こされる空の任意の点または方向での空の明るさの測定値と、都市上の「ライトドーム」の明るさや夜空全体の統合された明るさなどの統合された測定値の両方を説明しています。非常に遠い距離（約50 km以上）では、地球の曲率によって引き起こされる減光と幾何学的効果により、明るさはより急速に低下します。

光源が異なれば、視覚的な空の輝きの度合いも異なります。主な効果はプルキンエシフトから生じ、一般に言われているような短波長のレイリー散乱によるものではありません（メカニズムの項を参照）。 ^{[7] [14]}夜空を観察する場合、たとえ中程度に光害のある場所であっても、目はほぼまたは完全に暗順応または暗所順応状態になります。暗所順応した目は、明順応した目よりも青色と緑色の光に非常に敏感で、黄色と赤色の光には非常に鈍感です。主にこの効果により、メタルハライド、蛍光灯、白色LEDなどの白色光源は、現在最も一般的な高圧ナトリウムランプの視覚的な空の輝きの明るさの 3.3 倍、低圧ナトリウムまたは琥珀色のアルミニウムガリウムインジウムリン化物LED の 8 倍もの明るさを生成できます。

詳しく見ると、その効果は複雑で、光源からの距離と夜空の視線方向の両方に依存します。しかし、最近の研究の基本的な結果は明白です。等しい光束（つまり、等しい量の可視光）と、器具の一致した光学特性（特に真上に放射できる光の量）を前提とすると、より短い波長（青と緑）を多く含む白色光源は、青と緑の少ない光源よりも劇的に大きな空の輝きを生み出します。^[16]レイリー散乱が、異なる光源スペクトルの空の輝きに与える影響は小さいです。

照明業界や、ダークスカイ推進団体（国際ダークスカイ協会など）による、現在普及している高圧ナトリウム道路照明システムを白色LEDに置き換えることで生じるスカイグローの影響に関する多くの議論では、人間の視覚スペクトル感度の重要な問題が無視されているか、^[17]白色LED光源のみに焦点を当てているか、スペクトルの青色部分（<500 nm）に狭く焦点を当てています。^{[18] [19]}これらの欠陥はすべて、光源スペクトルの変更によって生じるスカイグローの明るさの増加は最小限である、または白色LEDのCCTをいわゆる「温白色」（つまりCCT <4000Kまたは3500K）に制限する光害規制がスカイグローの増加を防ぐという誤った結論につながります。^[16]効率の向上（道路などの対象エリアに光を効率的に分配し、対象エリア外に落ちる「無駄」が減り^[20]、分配パターンがより均一になる^[要出典]）により、設計者は照明の量を減らすことができます。^[要出典]しかし、高圧ナトリウムから温白色LEDに切り替えることで生じる空の輝きの2倍または3倍の増加（または低圧ナトリウムに比べて4～8倍の増加）を克服するのに十分な効率の向上は実証されていません。

スカイグロー、そしてもっと一般的には光害は、星空の美しさを損なうものから、過剰または制御されていない照明の生成によるエネルギーと資源の浪費、鳥類^[21]や他の生物系^{[22]への影響まで、さまざまな悪影響を及ぼします。スカイグローは、}夜空のコントラストを低下させ、最も明るい星以外は見えなくなる可能性があるため、天文学者にとって大きな問題です。^{[注 4]}

多くの夜行性生物は、散乱した月光の偏光 信号を利用して航行していると考えられている。^[24]夜空の光はほとんど偏光していないため、月からの弱い信号をかき消してしまう可能性があり、この種の航行は不可能になる。^[25]世界の沿岸大都市（東京、上海など）の近くでは、海洋環境における月による自然照明サイクルは光害によってかなり妨げられており、満月の夜だけがより大きな輝度を提供し、ある月では月の線量は光害量の6分の1になることがある。^[26]

都市部やその近郊に住む人々は、空の明るさのせいで、汚染されていない空に比べて何千個も少ない星しか見えず、天の川を見ることもできないのが普通です。^[27]黄道光やアンドロメダ銀河のようなより暗い光景は、望遠鏡を使ってもほとんど見分けることができません。

生態系に対する空の輝きの影響は、さまざまな生物に有害であることが観察されています。植物や動物（特に夜行性のもの）の生命は、自然環境が不自然な変化にさらされるにつれて影響を受けます。人間の開発技術の速度が、人間以外の生物の環境への自然な適応速度を超えているため、植物や動物などの生物はそれに追いつくことができず、結果として苦しむ可能性があると考えられます。^[28]

夜の輝きは自然現象によるものであるが、都市化が進むにつれて人工的な夜の輝きの存在は有害な問題となっている。都市化、商業化、消費主義の影響は人間の発展の結果であり、これらの発展は今度は生態学的な結果をもたらす。例えば、照明をつけた漁船団、沖合の石油プラットフォーム、クルーズ船はすべて、世界の海洋に人工的な夜間照明の混乱をもたらしている。^[29]

全体として、これらの影響は、方向感覚の変化、方向感覚の喪失、または誤った方向感覚、および変化した光環境から引き寄せられたり反発したりすることから生じ、それが今度は採餌、捕食者と被食者の関係、^{[30] [31]}生殖、^{[32]渡り、およびコミュニケーションに影響を与える可能性があります。これらの変化は、特定の}渡り鳥、^[33]海の生き物、^[34]および夜行性の捕食者などの一部の種の死につながる可能性があります。^[35]

動物への影響に加え、作物や樹木も被害を受けやすい。植物が生き残るためには太陽と暗闇のバランスが必要なので、光に常にさらされると植物の光合成に影響が出る。同様に、空の輝きの影響は、特に大都市中心部に近い農業地域では、農業の生産率に影響を与える可能性がある。^[要出典]

• 光害
• スカイグロー
• 都市化
• 偏光光害
• 過剰な照明
• 暗い空の動き
• 国際ダークスカイ協会(IDA)
• ダークスカイキャンペーン（CfDS）

• 空の輝きに関する査読済み研究論文のリスト
• スカイグロー：照明不足の影響（CfDS）（英国におけるスカイグローの例）
• 五大湖の夜空の輝き（米国の夜空の輝きの例）
• スカイグローのフィルタリング（ CCD カメラから）
• 町とスカイグロー（イギリスのスカイグロー画像コレクション）
• Loss of the Night は、肉眼限界等級を測定して空の輝きを推定する Android アプリです。
• Dark Sky Meter は、空の明るさを測定する iPhone アプリです。
• LED 光害: エネルギーを節約して夜を救うことができるか? SPIE ニュースルームの空の光の軽減に関する記事