スカイグロウ

夜空の光（またはスカイグロー）とは、月や目に見える個々の星などの離散的な光源を除いた、夜空の拡散した輝度のことです。これは光害の一般的な側面です。通常は人工照明から生じる輝度を指しますが、夜空光には星明かり、黄道光、大気光などの自然光を含む、夜間に見られるあらゆる散乱光が含まれる場合もあります。^{[ 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、または地面や他の表面からの反射後に、部分的に地面に向かって散乱され、遠くから見える拡散した光を生成します。人工光によるスカイグローは、都市や町の上空に光るドームとして最もよく認識されますが、先進国全体に広く分布しています。

屋外および屋内環境におけるあらゆる用途の光は、人工的な夜空の輝きの一因となっている。実際、街灯、照明器具、建物の照明など、意図的か否かを問わず光の使用は、大気中への光の散乱を引き起こし、夜間の光害による最も有害な影響の一つとなっている。

夜間のこの人工光の一部は空気分子やエアロゾルと相互作用し、周囲の環境の光学的特性に応じて吸収および散乱され（§ メカニズムを参照）、夜空の光害を引き起こします。雲が存在するかどうかにかかわらず、この効果は水滴との相互作用によって増幅されます。^{[ 4 ]}

研究によると、近くから見ると、夜空の明るさの約半分は直接上向きの放射によるもので、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状況、観測地点から光源までの距離によって異なります。^{[ 5 ] [ 6 ]}ほとんどの地域では、直接上向きの放射は平均して約10～15%です。^{[ 5 ]}完全に遮光された照明（直接上向きに光を放射しない）は、近くから見ると夜空の明るさを約半分に減らしますが、遠くから見るとはるかに大きな割合で減らします。

スノーグロウ

雪は、雪光として、夜空の光などの環境光を著しく増幅し、さらに夜空の光自体も増大させます。人工照明のない地域では、曇りのときは反射する天体光がないため、雪光は発生しません。雲がなく、特に月が出ているときは、雪光は環境と空を著しく照らすことができます。人工照明がある場合、特に都市部の近くでは、雪光は満月の2倍の明るさになり、都市の光ドームだけでなく、環境とその住民に有害な光害環境を作り出すことがあります。^{[ 7 ] [ 8 ]}

夜空の輝きを引き起こす光散乱には、2種類あります。N₂やO₂などの分子による散乱_（レイリー散乱と呼ばれる）_と、エアロゾルによる散乱（ミー散乱理論で説明される）です。レイリー散乱は短波長（青色）の光に対して非常に強く、一方、エアロゾルによる散乱は波長の影響を受けにくいです。レイリー散乱によって昼間の空は青く見えますが、エアロゾルの量が多いほど、空は青みが薄れ、白っぽく見えます。多くの地域、特に都市部では、現代の産業活動、発電、農業、輸送によってエアロゾルが大量に発生するため、エアロゾル散乱が支配的になります。

レイリー散乱は波長に強く依存するにもかかわらず、実際の光源による夜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、この散乱の増加は消光の増加も引き起こす。観測点が光源に近い場合、これらの効果はほぼ釣り合う。^{[ 9 ]}

一般的に空の輝きについて議論する際に想定される人間の視覚による空の輝きの知覚においては、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研究者は、単位面積あたりの光度や放射強度のさまざまな尺度、例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/ステラジアン、(ナノ)ランバート、または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。^{[ 10 ]}夜空の明るさの全天マップは、CCD検出器を備えたプロ仕様のイメージングカメラと、校正ソースとして星を使用して作成されます。^{[ 11 ] [ 12 ]}アマチュア天文学者は、 2001年2月にSky & Telescope誌に掲載されて以来、夜空の明るさを概算するためにボートル暗空スケールを使用しています。 ^{[ 13 ]}このスケールは、夜空の明るさ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。アマチュアはまた、名目上は平方秒角あたりの視覚(ジョンソンV)等級の天文測光単位で測定するスカイクオリティメーター(SQM)を使用することが増えています。^{[注1 ]}

人工光源から生じる夜空の明るさは、逆二乗法則で特徴づけられる幾何学的効果と大気吸収の組み合わせにより、光源からの距離とともに急激に減少する。近似的な関係式は次のようになる。

$強度 \propto \{\frac{1}{距離^2.5}}}$

これは「ウォーカーの法則」として知られている。^{[ 15 ]}

ウォーカーの法則は、観測によって検証されており^{[ 15 ] [ 11 ]}、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「光のドーム」の明るさや夜空全体の積算明るさなどの積算値の両方を記述します。非常に大きな距離（約50  km以上）では、明るさはより急速に低下しますが、これは主に地球の曲率によって引き起こされる消光と幾何学的効果によるものです。

高圧ナトリウムランプ（上）と4100K色温度のLED照明（下）で観測された空の輝きと星。米国アリゾナ州フラッグスタッフを10km上空から見た様子を再現したモデル。

光源によって、夜空の光の見え方が異なります。主な効果はプルキンエ効果によるもので、短波長のレイリー散乱によるものとは言われていません（ § メカニズムを参照）。^{[ 9 ] [ 16 ]}夜空を観察する際、たとえ中程度の光害のある場所からでも、目はほぼ完全に暗順応または暗所視になります。暗所視の目は、明順応または明所視の目よりも、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、メタルハライドランプ、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最大3.3倍、低圧ナトリウムランプ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の最大8倍の夜空の光の見え方を生成できます。

詳細には、その効果は複雑で、光源からの距離と夜空の観測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確です。光束が等しい（つまり、可視光量が等しい）と、照明器具の光学特性（特に真上へ放射される光の量）が一致していると仮定すると、短い波長（青と緑）が豊富な白色光源は、青と緑が少ない光源よりも劇的に大きな夜空の輝きを生み出します。^{[ 18 ]}レイリー散乱が、異なる光源スペクトルによる夜空の輝きへの影響に与える影響は小さいです。

照明業界や一部のダークスカイ擁護団体（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に置き換えることによるスカイグローの影響に関する議論の多くは、人間の視覚スペクトル感度の重要な問題を無視しているか、^{[ 19 ]}白色LED光源のみに焦点を当てているか、あるいは スペクトルの青色部分（<500 nm）にのみ懸念を狭く集中させている。^{[ 20 ] [ 21 ]}これらの欠陥はすべて、光源スペクトルの変化から生じるスカイグローの明るさの増加は最小限である、あるいは白色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る。^{[ 18 ]}効率の向上（道路などの目標領域への光の分配効率の向上、目標領域外に落ちる「無駄」の減少^{[ 22 ]}、より均一な分配パターン）により、設計者は照明量を減らすことができます。しかし、高圧ナトリウムランプから暖白色LEDへの切り替えによって生じるスカイグローの2倍または3倍の増加（または低圧ナトリウムランプと比較して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。

夜空の光害、より一般的には光害は、さまざまな悪影響を及ぼします。星空の美しさを損なうことから、過剰または制御されていない照明の生成にエネルギーと資源が浪費されること、鳥類^{[ 23 ]}や人間を含む他の生物システム^{[ 24 ]}への影響まで多岐にわたります。夜空の光害は、最も明るい星以外はすべて見えなくなるほど夜空のコントラストを低下させるため、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。^{[ 26 ]}夜空の光はほとんどが非偏光であるため、月からの弱い信号を覆い隠し、この種の航行を不可能にする可能性がある。^{[ 27 ]}世界の沿岸メガシティ（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な照明サイクルは光害によって著しく阻害されており、満月の前後の夜だけがより大きな放射輝度を提供し、特定の月では月の光量は光害の光量の6分の1以下になる可能性がある。^{[ 28 ]}

夜空の光害のため、都市部やその近郊に住む人々は、汚染されていない空に比べて何千もの星が見えず、天の川を見ることもほとんどできません。^{[ 29 ]}黄道光やアンドロメダ銀河のようなかすかな天体は、望遠鏡を使ってもほとんど識別できません。

夜空の光害が生態系に及ぼす影響は、様々な生物にとって有害で​​あることが観察されている。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ことで影響を受ける。人間の技術開発の速度は、人間以外の生物が環境に適応する速度を上回っていると考えられるため、植物や動物などの生物は追いつけず、結果として苦しむ可能性がある。^{[ 30 ]}

夜空の光は自然現象の結果である場合もあるが、都市化が進むにつれて人工的な夜空の光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、これらの発展は生態系への影響をもたらす。例えば、照明付きの漁船、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による混乱をもたらしている。^{[ 31 ]}

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、または方向感覚の誤認、および変化した光環境への誘引または反発に起因し、それが採餌、捕食者と被食者の力学、^{[ 32 ] [ 33 ]}繁殖、^{[ 34 ]}移動、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、^{[ 35 ]}海洋生物、^{[ 36 ]}および夜行性捕食者^{[ 37 ]}などの一部の種の死につながる可能性があります。

動物への影響に加え、農作物や樹木も被害を受けやすい。絶え間ない光への曝露は植物の光合成に影響を与え、植物は生存のために日光と暗闇のバランスを必要とする。ひいては、夜空の光害の影響は農業生産量、特に大都市圏に近い農業地帯の生産量に影響を与える可能性がある。

• 光害
• スカイグロウ
• 都市化
• 偏光による光害
• 過剰照明
• ダークスカイムーブメント
• 国際ダークスカイ協会（IDA）
• 暗い空を守るキャンペーン（CfDS）

• 夜空の輝きに関する査読済み研究論文一覧
• 夜空の明るさ：照明不足の影響（CfDS ）（英国における夜空の明るさの例）
• 五大湖上空の夜空の輝き（アメリカ合衆国における夜空の輝きの例）
• 夜空の光害をフィルタリングする（CCDカメラからのデータ）
• 街並みと夜空の輝き（イギリスの夜空の輝き画像集）
• Loss of the Nightは、肉眼で見える限界等級を測定することで夜空の明るさを推定するAndroidアプリです。
• 夜空の明るさを測定するiPhoneアプリ「ダークスカイメーター」
• LED光害：エネルギーを節約し、夜空を守ることはできるのか？ SPIEニュースルームの記事：夜空の明るさを軽減する方法