kvantif. sv. znec.

[Jan Hollan <hollan@astro....muni.cz>]

ten posledni kousek do sborniku, pokud to pujde... zdravi J.H.

Kvantifikace světelného znečištění
 (český abstrakt mé práce dostupné zatím jen v angličtině)

Lidé z osvětlovací praxe se v posledních pár letech začali zabývat i 
tím, kolik světla jde vzhůru do nebe. Kolik rovnou ze svítidel a kolik 
z jimi osvětleného terénu. Všechno takové světlo sčítají dohromady a 
snaží se pro konkrétní případy najít minimum. 

Množství světla jdoucího vzhůru do nebe ale není nikdy údajem, který by 
měl nějaký význam. Význam mohou mít jen hodnoty, které nějak 
charakterizují světlo, které vadí. 

To, které jde prostě vzhůru, samo vadí stěží, nemá-li daný zdroj při 
pohledu shora tak vysoký jas (či jasnost ve smyslu astronomickém, tj. 
hustotu svého světelného toku), že mate piloty, ptáky nebo přitahuje 
hmyz.  

Vadí zato např. světlo, které se z nebe rozptýlí zase zpět dolů. Je-li 
jasno, pak světlo, které míří strmě vzhůru, se valnou většinou dostane 
nerozptýlené pryč do vesmíru. Jen malá část, řekněme desetina, se
rozptýlí do dolů, dvakrát tolik světla se rozptýlí do směrů podobných 
původnímu, totiž vzhůru.  Jinak je tomu se světlem, které jde téměř
vodorovně: to se rozptýlí z  naprosté většiny (vzpomeňme na zeslabení
zapadajícího Slunce), polovina  z toho nahoru a polovina dolů. K jasu
oblohy světlo, vyzářené téměř  vodorovně, přispívá v průměru pětkrát
více než světlo vyzářené strmě. 

Ze svítidel, která nejsou plně cloněná (tj. mají nenulové emise ho 
horního poloprostoru), ač směrují třeba 99 procent světla do dolního 
poloprostoru, jde ono neužitečné jedno procento právě hlavně jen mírně 
strmě vzhůru. Světlo rozptýlené od země, řekněme s průměrným albedem 
sedm procent, je v nejhorším případě rozděleno zhruba lambertovsky, tj. 
indikatrisou je koule ležící na zemi. K jasu nebe ale nepřispívá ono 
jedno procento z lampy jdoucí nad horizont jen jednou sedminou, ale 
jednou třetinou, má zkrátka ,,mnohem větší váhu``.

Sčítat prostě světla jdoucí do různých směrů horního poloprostoru má 
velmi omezený smysl. Je to jako sčítat mince: jistě je i jejich celkový 
počet zajímavý, zpravidla je ale důležitější suma peněz. Pak ale záleží 
na tom, jestli je daná mince koruna či desetikoruna. Ještě přesnější 
analogií jsou měny různých zemí: není mince jako mince, je věru rozdíl 
mezi českou korunou, norskou korunou, eurem a nebo britskou librou. 

U přepočtu cen je ale i jakýkoliv směnný kurs někdy zavádějící. Používá 
se pak raději přepočet dle parity kupní síly. Ani u světelného 
znečištění nestačí prostě vynásobit světlo, které jde z lamp
naplacato, třikrát oproti světlu, jdoucímu od terénu. Nejen proto, že 
terén nesvítí lambertovsky -- např. není plochý, ale je komplikován 
vegetací a zástavbou, pak má jeho indikatrisa ještě menší ploché složky 
a zpětného rozptylu z ovzduší dolů je ještě méně, takový příznivý jev 
se uplatňuje např. v Havířově, kde je hlavní bulvár bohatý na vzrostlé 
stromy. Hlavně proto, že sumární zvýšení jasu nebe není zdaleka jediným 
parametrem světelného znečištění. 

I kdybychom u jasu oblohy zůstali, pak se zamysleme, čím je dán její 
jas daleko od zdrojů znečištění. Tam už se strmé světlo jdoucí vzhůru z 
měst neuplatní vůbec -- roli hraje jen to světlo, které jde z měst 
daleko, až nad oblasti, ve dne se zdající docela přírodní. A to i v 
případě jasu oblohy v zenitu. Tím spíše pak v případě oněch známých 
,,světelných čepic``, kterými se každé město, ale mnohdy i nevelká ves, 
prozradí už zdálky. To nevidíme většinou vzduch nad městem, ale vlivem
převážně  dopředného rozptylu na aerosolech vzduch často až v půli mezi
námi a  obcí: opět je na vině světlo, které jde rovnou  z lamp (jistě, i
z fasád a z oken) naplacato k nám.

Pohled z kopce na obec prozradí, že valná většina uměle produkovaného
světla, které vidíte, jde skutečně ze samotných svítidel. Tím je také
vlastně noční podoba dnešních sídel dána: nevidíme domy, ulice, parky,
ale lampy, lampy, lampy. Při posuzování stavebních záměrů se dnes 
snažíme pamatovat na zachování krajinného rázu -- ale cožpak v noci 
krajinný ráz neplatí? 

Přímá, zcela zbytečná viditelnost svítidel z výšky a z dálky je 
ohrožením pro dopravu, pro ptáky, pro hmyz. To je také světelné 
znečištění, možná s větším praktickým dopadem než úbytek 
pozorovatelných hvězd a úplná ztráta nádhery nočního nebe. Definice v 
zákoně o ovzduší říká výmluvně, že za znečištění považujeme všechno 
uměle vytvářené světlo v noci, které jde jinam, než má. Tedy jistě také 
to, které jde z venkovních lamp rovnou do oken. Jde-li nahoru, jde 
prostě o hrubou nedbalost. Ale i to, které jde z lampy do okna dolů, lze 
potlačit, stačí svislé zrcadlo, však je na ně v některých  nových
svítidlech už přímo ,,šlic``. 

Takže ten ,,kurs`` škodlivého světla, jdoucího ze svítidel málo strmými
směry, neprodukujícími užitečné osvětlení cest a prostranství, není 
nikdy jen tři, ale spíše deset, třicet, ne-li sto. Stejně jako u měn 
různých států se může měnit, podle zájmu. 

Ostatně se zeptejte někoho, komu do  okna svítí lampa, kterou má kousek
pod ním, co by dal naráz nebo jako  roční poplatek za to, kdyby to
přestalo. Možná zjistíte, že rád zaplatí  celé nové, kvalitně směrující
svítidlo, třeba i s nočním tlumením. A to i když dosud neví, že mu už 
možná ta lampa ukrouhla pět let z jeho očekávané délky života...

Zpět k jasu nebe spočítanému tím nejjednodušším způsobem, tedy s tím 
,,kursem tři``. Koho zajímá, nechť využije můj program ies2tab, viz 
http://amper.ped.muni.cz/light/ies2 -- nebo ať si raději nejprve přečte 
anglicky psanou práci lp_quant2.*, která je dostupná např. v adresáři
http://amper.ped.muni.cz/light/tmp/ . Brzy zjistí, že ať člověk počítá 
jak počítá, minimalizaci světelného znečištění umožňují jen svítidla s 
nulovou svítivostí do horního poloprostoru. 

Vzhledem k tomu, že taková  zpravidla také poskytují menší oslnění a
tedy i menší ,,threshold  increment``, čili prahový přírůstek jak se
používá v teorii vidění, je  možné podle téže teorie pro stejně dobré
rozlišování detailů použít menší množství světla. Pak se výhodnost plně 
cloněných svítidel projeví ještě markantněji, a to i z hlediska 
spotřeby elektřiny.