Die Sichtbarkeit von Sternen am Nachthimmel nimmt schneller ab als bisher angenommen

Menschen auf der ganzen Welt sehen immer weniger Sterne am Nachthimmel. Die Veränderung der Sternsichtbarkeit lässt sich durch eine Zunahme der Himmelshelligkeit um 7–10 % pro Jahr erklären. Die Veränderungsrate ist schneller, als Satellitenmessungen künstlicher Lichtemissionen auf der Erde zunächst vermuten lassen.

Das ist das Ergebnis einer im Fachblatt veröffentlichten Studie Wissenschaftdurchgeführt von einer Forschungsgruppe unter der Leitung von Christopher Kyba vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ und der Ruhr-Universität Bochum mit Kollegen vom GFZ und dem NOIRLab der US National Science Foundation.

Im Rahmen des Citizen Science Project „Globe at Night“ haben sie von 2011 bis 2022 weltweit mehr als 50.000 Beobachtungen mit bloßem Auge von Citizen Scientists analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Citizen-Science-Daten eine wichtige Ergänzung zu bisherigen Messverfahren darstellen.

Hintergrund der Lichtverschmutzung

Über weite Teile der Landoberfläche der Erde leuchtet der Himmel noch lange nach Sonnenuntergang in einer künstlichen Dämmerung. Dieses „Skyglow“ ist eine Form der Lichtverschmutzung, die schwerwiegende Auswirkungen auf die Umwelt hat und daher im Mittelpunkt der Forschung stehen sollte, wie Constance Walker, Co-Autorin der Studie und Leiterin des Globe at Night-Projekts des NSF-NOIRLabs seit dessen Beginn, feststellt , betont.

Denn viele Verhaltensweisen und physiologische Prozesse von Lebewesen werden von Tages- und Jahreszeitenzyklen bestimmt – und damit vom Licht beeinflusst. „Skyglow betrifft sowohl tagaktive als auch nachtaktive Tiere und zerstört zudem einen wichtigen Teil unseres kulturellen Erbes“, sagt Walker. Das Aussehen des Nachthimmels verändert sich, mit negativen Auswirkungen auf die Sternenbeobachtung und Astronomie.

Bedarf an geeigneten Messmethoden

Die Änderung des Himmelsglühens im Laufe der Zeit wurde bisher nicht global gemessen. Während es im Prinzip von Satelliten gemessen werden könnte, haben die einzigen aktuellen Sensoren, die die gesamte Erde überwachen, keine ausreichende Genauigkeit oder Empfindlichkeit.

Ein vielversprechender Ansatz ist es daher, die Beobachtungskraft von Menschen mit dem menschlichen Auge als Sensor zu nutzen und dabei – im Rahmen von Citizen-Science-Experimenten – auf die Kraft der Masse zu setzen. Seit 2006 läuft das vom NOIRLab der US-amerikanischen National Science Foundation initiierte Projekt „Globe at Night“. Menschen auf der ganzen Welt können an diesem Projekt teilnehmen.

Citizen Science

Die Teilnehmer betrachten ihren Nachthimmel und geben dann mithilfe eines Online-Formulars an, welche der acht Sternkarten am besten zu dem passt, was sie sehen. Jedes Diagramm zeigt den Himmel bei unterschiedlicher Lichtverschmutzung.

„Die Beiträge einzelner Menschen wirken zusammen wie ein globales Sensornetzwerk und machen neue Wissenschaft möglich“, sagt Christopher Kyba vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam und der Ruhr-Universität Bochum. Zusammen mit seiner GFZ-Kollegin Yigit Öner Altıntas sowie Constance E. Walker und Mark Newhouse vom NOIRLab hat er Daten von 51.351 Teilnehmern weltweit analysiert, die in wolken- und mondfreien Nächten zwischen 2011 und 2022 aufgenommen wurden. Sie wurden an 19.262 Standorten weltweit erhoben , darunter 3.699 Standorte in Europa und 9.488 Standorte in Nordamerika.

Um aus diesen Daten eine Änderungsrate der Himmelshelligkeit zu berechnen und zu berücksichtigen, dass sich die Beobachter über die Jahre auch an unterschiedlichen Orten aufgehalten haben, nutzten sie ein globales Modell für die Himmelshelligkeit auf Basis von Satellitendaten aus dem Jahr 2014.

Überraschende Erkenntnisse

„Die Rate, mit der Sterne in städtischen Umgebungen für Menschen unsichtbar werden, ist dramatisch“, fasst Christopher Kyba, Hauptautor der Studie, zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Veränderung der Anzahl sichtbarer Sterne durch eine Zunahme der Helligkeit des Nachthimmels erklärt werden kann. In Europa fanden sie eine 6,5-prozentige Zunahme der Helligkeit pro Jahr, die den Daten entsprach; in Nordamerika sind es 10,4 %.

Um diese Zahlen in einen verständlicheren Zusammenhang zu bringen, erklärt Kyba die Folgen für das Sehen von Sternen an einem Ort mit einer jährlichen Zunahme von 9,6 %, was dem Durchschnitt aller Orte weltweit entspricht. „Wenn die Entwicklung so weitergeht, wird ein Kind, das dort geboren wird, wo 250 Sterne zu sehen sind, an seinem 18. Geburtstag nur noch 100 Sterne sehen können.“

Basierend auf dem langsameren Wachstum der nach oben gerichteten Emissionen, das in Satellitendaten zu sehen ist, waren die Forscher von der Geschwindigkeit dieser Entwicklung beim Himmelsglühen überrascht. Tatsächlich war für die Standorte der Beobachter die per Satellit gemessene künstliche Helligkeit leicht zurückgegangen (um 0,3 % pro Jahr in Europa, um 0,8 % in Nordamerika).

Ursachen für den Unterschied zwischen Messungen von der Erde und aus dem Weltraum

Christopher Kyba glaubt, dass der Unterschied zwischen menschlicher Beobachtung und Satellitenmessungen wahrscheinlich auf Änderungen in der Beleuchtungspraxis zurückzuführen ist. „Satelliten reagieren am empfindlichsten auf Licht, das nach oben zum Himmel gerichtet ist. Aber es ist horizontal emittiertes Licht, das den größten Teil des Himmelslichts ausmacht“, erklärt Kyba. „Wenn also Werbung und Fassadenbeleuchtung häufiger, größer oder heller werden, könnten sie einen großen Einfluss auf das Leuchten des Himmels haben, ohne einen großen Unterschied in den Satellitenbildern zu machen.“

Als weiteren Faktor nennen die Autoren den weit verbreiteten Umstieg von orangefarbenen Natriumdampflampen auf weiße LEDs, die deutlich mehr blaues Licht emittieren. „Unsere Augen reagieren nachts empfindlicher auf blaues Licht, und blaues Licht wird eher in der Atmosphäre gestreut, trägt also mehr zum Himmelsglühen bei“, sagt Kyba. „Aber die einzigen Satelliten, die nachts die ganze Erde abbilden können, sind im Wellenlängenbereich des blauen Lichts nicht empfindlich.“

Grenzen der Studie und weiteres Potenzial

Der Citizen-Science-Ansatz hat jedoch auch seine Grenzen. So bestimmt beispielsweise die Anzahl der Teilnehmer aus verschiedenen Regionen der Welt die Bedeutung räumlicher und zeitlicher Trends. Bisher hatten Menschen aus Nordamerika und Europa die größte Beteiligung an dem Experiment, und die Hälfte der asiatischen Beiträge stammt aus einem einzigen Land: Japan.

„Die meisten Daten stammen aus den Regionen der Erde, in denen das Himmelsglühen derzeit am weitesten verbreitet ist. Das ist nützlich, bedeutet aber, dass wir in Regionen mit wenigen Beobachtungen nicht viel über die Veränderung des Himmelslichts sagen können“, betont Kyba. Vor allem in Entwicklungsländern werden schnelle Veränderungen des künstlichen Himmelsglühens vermutet, bisher gibt es jedoch nur wenige Beobachtungen.

Zwei Schlussfolgerungen: Beleuchtungspolitik und Citizen Science

Die Forscher ziehen aus ihren Erkenntnissen vor allem zwei Schlussfolgerungen: Zum einen zeigen sie, dass die aktuelle Beleuchtungspolitik, wie beispielsweise der Einsatz von LEDs, trotz wachsendem Bewusstsein für Lichtverschmutzung zumindest auf kontinentaler Ebene noch keine Verbesserung gebracht hat .

„Andererseits konnten wir zeigen, dass die Citizen-Science-Daten eine wichtige Ergänzung zu den bisherigen Messmethoden darstellen“, sagt Kyba.

Constance Walker fügt hinzu: „Wenn wir eine breitere Beteiligung hätten, könnten wir Trends für andere Kontinente und möglicherweise sogar für einzelne Bundesstaaten und Städte identifizieren. Das Projekt läuft noch, also schauen Sie sich heute Abend gerne um und lassen Sie uns wissen, was Sie sehen.“