راهبردهایی برای حداقل سازی برافروختگی آسمان در اطراف رصدخانه ها-قسمت اول
راهبردهایی برای حداقل سازی برافروختگی آسمان در اطراف رصدخانه ها-قسمت اول
راهبردهایی برای حداقل سازی برافروختگی آسمان در اطراف رصدخانه ها-قسمت اولچکیدهدر بیشتر کشورهای جهان، نورهای ناشی از نورپردازیهای خارجی موجب مزاحمت برای رصدخانههای نجومی میشوند. بخش از این نور در جو پخش و پراکنده شده و هالهای نورانی را شکل میدهد. این پدیده برافروختگی آسمان نامیده میشود.
گزارش فنی پیش رو، راهبردهای جامعی را برای مهندسین روشنایی و سیاستگذاران اجتماعی ارائه میدهد تا از میزان برافروختگی آسمان بکاهد. همچنین جنبههای نظری آلودگی آسمان را به دقت مورد بحث قرار داده و توصیههایی در مورد حداکثر مقدار مجاز برای نصب نور با در نظر گرفتن ضرورتهای رصدخانههای نجومی، ارائه میدهد. این مقادیر باید به عنوان مقادیر حدی در نظر گرفته شوند.
مهندسان روشنایی باید کلیه اقدامات لازم را در جهت ایجاد پایینترین سطح مجاز برای طراحی انجام دهند مگر آنکه در جایی نیاز باشد که این حدود را تخفیف دهیم.
در عمل پیادهسازی این راهبردهای کلی به مقررات اجتماعی جاری نیز بستگی دارد.
1- هدف گزارشراهبردهای کلی و جامعی برای مهندسان روشنایی و سیاستگذاران ارائه شده است تا از مزاحمت نوری رصدخانههای نجومی کاسته شود و یا حتی از آن پرهیز گردد. این راهبردها بر برافروختگی آسمان متمرکز شدهاند؛ درخشندگی پراکندهای که در آسمان شهرهای بزرگ فرودگاهها و مجتمعهای صنعتی، در طول شب به چشم میآید.
گزارش حاوی پیشنهاداتی است که موجب کاهش برافروختگی آسمان میگردد. باید توجه داشت که برافروختگی آسمان تنها منحصر به شیوه طراحی نورپردازی نیست، بلکه به شرایط جوی (رطوبت، ذرات معلق و گرد و غبار، وجود ابرها، آلودگی جوی، مه گرفتگی و ...) نیز وابسته است. توصیههای ارائه شده در گزارش در چهارچوب فتومتریک[1] ارائه شدهاند. مقدار نور تأیید شده به بالای سطح افق به صورت نسبتی از نور چراغ داده شده است که برای طراحی چراغها ([2]ULOR) یا میزان نور آنها در موقعیتهای عملی به کار میرود (ULORinst).
باید توجه شود که ULOR مربوط به چراغها و ULORinst مربوط به روشناییهای نصب شده است. در جاهای دیگر بعضی اوقات پارامتر [3]UWLR نیز استفاده میشود. اصطلاحات فنی که در این گزارش به کار رفته است در بخش 3 توضیح داده شده است. مقادیر ذکر شده برای نسبت نور نصب شده تابیده شده به بالا (ULORinst) که در گزارش ذکر شدهاند باید به عنوان مقادیر حدی در نظر گرفته شوند. مهندسین و طراحان روشنایی باید هر کاری برای برآوردن رعایت این حد و انجام دهند مگر اینکه در جاهایی لازم
باشد تخفیفی در این حدود دهند. باید توجه شود که مقادیر ذکر شده در گزارش برای بیشترین مقدار مجاز برافروختگی آسمان، مربوط به جو پاک و تمیز میباشند. رطوبت، ذرات گرد و غبار، ابرها و مه گرفتگی ممکن است موجب شوند مقادیر مربوط به برافروختگی آسمان از مقادیر ذکر شده در این گزارش فراتر رود.
2- معرفی بیشترین مزاحمت (چه برای ستارهشناسان و چه دیگران) از نورپردازی ضعیف ناشی میگردد، چه در تجهیزات و چه در نصب. در نتیجه قسمتی از نور (گاهی اوقات بخش اعظم آن) در نهایت بر جایی میتابد که نباید بتابد؛ مردم ممکن است از خیرگی آن دچار رنجش شوند و این نور مزاحم موجب از بین رفتن تاریکی مورد نیاز افراد گردد.
ممکن است گیاهان و جانوران نیز از نور اضافی دچار آزار شوند. این نور مزاحم را نور مزاحم مینامیم. دقت شود که همه این آثار بیانگر ضررهای اقتصادی نیز میباشند که آثار منفی پولی و محیطی در خود دارند.
بهبود کیفیت پاسخ مسئله است. این حقیقت که تقریباً همه مردم از سویی از نورپردازی سود میبرند و از سوی دیگر از نورهای مازاد دچار آزار میگردند، موجب ارائه مفهوم ناحیهبندی گردیده است: یعنی اعمال مقررات متفاوت برای ایجاد محدودیت در نواحی گوناگونی که نور مزاحم در آنها موجود است، بسته به نوع فعالیتی که در آن ناحیهها انجام میگیرد. جوامع، ایالات و مناطق مختلفی که رصدخانههای مهمی در خود دارند، مقرراتی برای محدود نمودن آلودگی نوری وضع کردهاند.
اینکه ممکن است نور به عنوان عاملی آلاینده در نظر گرفته شود به دلایل زیر است:
- موجب به خطر افتادن ایمنی میشود (مثلاً برای رانندگان)
- ایجاد مزاحمتهای اکولوژیکی میکند (مثلاً برای گیاهان و جانوران)
- موجب نویزهای بصری و محیطی میشود.
- موجب اتلاف انرژی میگردد.
3- اصطلاحات فنی· کنتراست (C): کنتراست بین هر شئ یا محیط پس زمینهاش اینگونه تعریف میگردد
که Lb درخشندگی شئ و Lb درخشندگی پس زمینه است. کنتراست عامل تعیین کننده مهمی برای دیدن اشیا است. برای اشیایی که کنارههای مبهمی دارند، بعضی اوقات ممکن است تعریف دیگری به کار برده شود، که بر مبنای شبکهای از نورهای تیره و روشن متناوبی است که با درخشندگی آنها بطور سینوسی تغییر میکند.
که L1 بیشترین درخشندگی در نوارهای روشن و L2 کمترین درخشندگی در نوارهای تاریک است.
· خاموشی شبانه: زمانی که در طی آن الزامات سخت گیرانهتری اعمال میشود (برای کنترل نور مزاحم). اغلب شرایطی از بهرهبرداری روشنایی است که توسط اجازه مسئولان کنترل میشود و در ساعات معینی از شب به برخی از روشناییهای خاموش اعمال میگردد.
· آلودگی نوری: عبارتی کلی برای نشان دادن کلیه آثار مضر نورپردازی مصنوعی
· نور مزاحم: نوری که به علت مقدار، جهت تابش و یا ویژگیهای طیفی خود موجب آزردگی، ناراحتی و حواس پرتی و یا کاهش توانایی دید میشود.
· موقعیت مرجع (نقطه مرجع): منطقهای که در آن آلودگی نور تشخیص داده شده است.
· برافروختگی آسمان: روشن شدن آسمان شب در اثر بازتابش امواج (مرئی و غیر مرئی)، و پخش ناشی از جو (ملکولهای گاز، ذرات معلق و...) در جهت رصد نجومی است که شامل دو بخش جداگانه است:
الف- برافروختگی آسمان طبیعی: بخشی از برافروختگی آسمان که قابل نسبت دادن به تشعشعات اشیاء سماوی و اجرام درخشان در بالای جو زمین است.
ب- برافروختگی آسمان مصنوعی: آن بخش از برافروختگی آسمان که قابل نسبت دادن به پرتو افشانی منابع نوری مصنوعی است (مانند نورپردازیهای خارجی) که شامل نورهایی است که مستقیماً به بالا تابانیده میشوند و نورهایی که در اثر انعکاس سطح زمین به بالا میتابند.
· نورهای پراکنده: نورهایی که به خارج از محدودهای که تجهیزات نورپردازی برای آن طراحی و تعبیه شدهاند، میتابند.
· نسبت نورهای تابیده شده به بالا (ULOR): درصد شار تابیده شده به بالای سطح افق یک چراغ در زمان طراحی
· نسبت نورهای تابیده شده به بالا پس از نصب (ULORinst): درصد شار تابیده شده به بالای سطح افق یک چراغ پس از نصب.
· ناحیه: محدودههایی که فعالیتهای خاصی در آنها صورت میگیرد و لازم است که محدودیتهای برای نورهای مزاحم اعمال گردد. ناحیهها با E1، ... تا E4 مشخص میشوند.
4- واحدهاعلم ستارهشناسی و مهندسی روشنایی هر دو بر علم فتومتری[4] تکیه دارند. مبنای هر دو یکی است اما قراردادها و واحدهایی که به کار میبرند متفاوت است. در مهندسی روشنایی، واحدهای فتومتریک[5] معمولاً مربوط به مبحث فتوپیک میشود؛ واحدهایی چون لومن[6]، لوکس[7]، کندل[8] و کندل به متر مربع.[9]وزن واحدهای رادیومتریک بر طبق منحنی حساسیت چشم است. [منحنی ]
در ستارهشناسی طبقهبندی بصری اجرام آسمانی براساس واحد نوری است که از آنها به چشم میرسد که به آن قدر[10] میگویند، مانند نوری که از ستارگان به چشم ما میرسد. و مقیاس آن مقیاسی لگاریتمی است. بیشترین نوری که چشم انسان میتواند ببیند با قدر صفر و کمترین با قدر6 نشان داده می شود.
پس فتومتری نجومی براساس شار تابشی اجرام آسمانی است. کل شاری که توسط یک سیستم آشکارساز اندازهگیری میشود به توزیع طیفی شار تابیده شده توسط جسم و حساسیت طیفی دستگاه آشکارساز بستگی دارد. با وجود تفاوت تعاریف در فتومتری ستارهشناسی و فتومتری مهندسی روشنایی، هیچ تبدیل سر راستی برای تبدیل مقادیر نجومی به مقادیر مهندسی روشنایی وجود ندارد. در این گزارش تمام مقادیر فتومتریک براساس واحدهای فتوپیک (لومن، لوکس، کندل ...) به کار میرود. تبدیل زیر نیز به کار برده شده:
"تراکم نوری معادل cd/m² 10×3/2 متناظر است با [11]"
تاثیر برافروختگی آسمان توسط مقایسه روشنایی آن با روشنایی آسمان در مساعدترین شرایط رصدی تعیین میشود. آسمان هیچگاه مطلقاً تاریک نیست حتی وقتی که هیچ عامل تأثیرگذار مصنوعی وجود نداشته باشند. بطور معمول مینیمم نور طبیعی پس زمینه را در نظر میگیرند که متناظر است با 4-10×52/3.
5- عوامل برافروختگی آسمانبر افروختگی آسمان شب نتیجه نوری است که به بالا میتابد و سپس به سوی زمین بازپخش میگردد. قسمتی از نورهای پراکنده مستقیماً به بالا میتابند که در اثر ضعف در طراحی است یا اینکه از پایین به سمت هدفی در بالا تابانیده میشود. قسمت دیگر نورهایی که موجب برافروختگی آسمان میگردند، نورهایی هستند که دقیقاً به سمت هدف هدایت میشوند اما در اثر انعکاس نور از سطح آن اجسام، بخشی از نور به بالا میتابد مانند سطح جادهها، چمنها و ساختمانها که مقدار قابل توجهی از نور را به بالا منعکس کرده و در بر افروختگی آسمان نقش دارند.
منابع اصلی نورهای پراکنده که برای رصدهای نجومی مزاحمت ایجاد میکنند عبارتند از:
- تابلوهای تبلیغاتی
- روشنایی محوطه مراکز خرید، پارکینگها، ایستگاههای راهآهن و ...
- نور افکنهای ساختمانها، دیسکوها، بناهای یادبود و آثار تاریخی
- نورپردازی بیلبوردها
- نورپردازی گلخانهها
- نورپردازی اماکن صنعتی، فرودگاهها و ...
- نورپردازی تجهیزات ورزشی
- روشنایی معابر و جادهها
بسیار مشکل است که ایدهای کلی برای نشان دادن نقش و اهمیت هر یک از این عوامل در برافروختگی آسمان بیان کنیم. تأثیر هر کدام از جایی به جای دیگر فرق میکند همچنین قوانین محلی یا کشوری نیز عامل تعیینکنندهای در تأثیرگذاری آنها به شمار میرود.
6- فرمول برافروختگی آسمانبرای شناخت آثار برافروختگی آسمان باید درک نمود که همه انواع رصدِ نورهای تابشی از اشیا[12]، در حقیقت رصدِ کنتراست آنهاست. اگر درخشندگی یک شی را Lb و درخشندگی پس زمینهاش را Lb بنامیم، کنتراست اینگونه است:
نورهای پراکنده موجب ایجاد یک هاله نوری میشوند که سرتاسر میدان درصدی را میپوشاند. که درخشندگی آن را Lv مینامیم. این میزان درخشندگی باید به درخشندگیهای ذکر شده در فرمول قبل افزوده شود، که موجب کاهش کنتراست میشود:
درحالیکه صورت کسر ثابت مانده، مخرج آن بزرگتر شده و در نتیجه
هنگامیکه شئ رصدی، یک ستاره باشد، شاید گمان رود که درخشندگی آن برابر با درخشندگی ذاتی سطح آنجرم باشد و بنابراین خیلی خیلی بزرگتر از Lr خواهد بود. اما باید توجه کرد که چون ستاره بسیار از ما دور است درخشندگی ناشی از برافروختگی آسمان در مقابل آن عامل تاثیر گذاری به شمار میرود.
برای چشم غیر مسلح، کمترین زاویه برای دیدن اشیاء آسمانی تقریباََََ برابر یک دقیقه کمان[13] است. این بدین معناست که برای چشم غیر مسلح Lo زیاد بزرگ نیست. بنابراین حتی برای یک رصد کننده ماهر و در شرایط عالی، محدوده آشکارسازی با چشمان غیر مسلح چیزی در حدود قدر شش میباشد.
تفاوت دامنهها تعیین کننده محدوده قدر[14] است.
که I1 و I2 شدت نور دو ستارهای هستند که با هم مقایسه میشوند.
برای تعیین تأثیر برافروختگی آسمان، کمترین درخشندگی در مساعدترین شرایط رصدی را Lo1 و در شرایط آلودگی نوری Lo2 را مینامیم. درخشندگی زمینه برای این دو شرایط به ترتیب Lb و Lv میباشد، که Lv=aLb برطبق معادلات 1 و 2 در آستانه حساسیت کنتراست C و مساوی میباشند:
تاز مانیکه Lb در مقایسه با Lo2، Lu و Lo1 کوچک باشد میتوان از آن صرفنظر کرده و از صورت کسر حذف نموده، پس فرمول 5 به صورت زیر میشود:
با قرار دادن Lo1 و Lo2 به جای I1 و I2 در فرمول 4 داریم:
این فرمول "فرمول برافروختگی آسمان" نامیده میشود.
که نشاندهنده کاهش محدوده قدر در اثر برافروختگی آسمان است.
[1]- علم سنجش نور مرئی به منظور درک روشنی آن برای چشم انسان
[2] - Upward Light Output Ratio
[3]- Upward Waste Light Ratio
[4] ندازهگیری چگالی شار تشعشعی
[5]ا واحد میزان نور
[6] واحد شدت نور
[7] حساسیت روشنی چشم در روز
[8] واحد شدت روشنایی
[9]واحد تراکم نور (درخشندگی)
[10]-Magnitude
؛ هر دایره36درجه و هر درجه 6دقیقه و هر دقیقه نیز به 6ثانیه تقسیم می گردد. یک ثانیه کمان:arc sec[11]
چه در طیف مرئی و یا عکاسی از اجرام آسمانی و یا رصد با استفاده از ادوات دیجیتال و الکترونیکی[12]
[13]- هر دایره به 36درجه تقسیم میشود و هر درجه به واحدهای کوچکتری به نام دقیقه، هر درجه 6دقیقه است و هر دقیقه هم به 6ثانیه تقسیم میگردد.
(Limiting Magnitude)-2 اصطلاحی نجومی است که نشاندهنده قابلیت آشکارسازی نورهای رسیده از اجسام بسیار دور است.
با تشکر از آقای مهندس عتیقی و خانم مهندس مسلمیامیررضا قلی زاده
اشتراک گذاری در:
بیان دیدگاه
- سایت انجمن نجوم آماتوری ایران مجاز به ویرایش ادبی دیدگاهها است.
- دیدگاههایی که حاوی مطالب کذب، توهین یا بیاحترامی و موارد مغایر با قوانین کشور باشند منتشر نخواهند شد.
- دیدگاهها پس از تأیید منتشر میشوند.