Dit artikel verscheen in oktober 2005 in Zenit, het populair-wetenschappelijk maandblad over sterrenkunde, weerkunde, ruimteonderzoek en aanverwante wetenschappen. Auteur is Wim Schmidt, werkzaam bij adviesbureau Sotto le Stelle.

Lichthinder en lichtvervuiling komen de laatste jaren in Nederland steeds meer in de belangstelling te staan. De oprukkende kasverlichting speelt daarbij een belangrijke rol. Steeds meer kwekers gebruiken verlichting om groentes en bloemen te kweken, en dan ook nog met steeds hogere verlichtingssterktes. Werden traditioneel alleen rozen onder licht gekweekt, tegenwoordig gebeurt dit ook met tomaten. Deze tomatenkwekerijen strijken op nieuwe plaatsen in Nederland neer, waardoor in het donkere Zeeland opeens lichtbronnen aan de hemel verschijnen die op grote maatschappelijk weerstand stuiten.

Onder lichthinder worden alle negatieve effecten van kunstmatige verlichting in de openlucht verstaan. Lichthinder is enigszins vergelijkbaar met de voor Nederland veel bekendere term geluidshinder. Hinder levert stress op, die bij hoge waarden kan resulteren in gezondheidsschade. Om lichthinder te onderzoeken, is het zinvol om in termen van dosis-effect-relatie te denken. Hierbij is de 'dosis' de verlichting in al zijn mogelijke vormen en het 'effect' de mate waarin mensen aangeven dat ze er hinder van ondervinden. Aan beide kanten van deze relatie wordt onderzoek uitgevoerd in Nederland.

Aan de dosiskant van lichthinder is het afgelopen jaar een eerste onderzoek uitgevoerd. Vanuit de Veluwe-commissie is aangegeven dat de groeiende verlichting op de Veluwe steeds problematischer wordt. De provincie Gelderland overweegt daarom in de toekomst een lichthinderbeleid te gaan voeren. Daarbij is het belangrijk om een methode te hebben om de situatie wat betreft verlichting en duisternis te onderzoeken en moet de huidige situatie bekend zijn. Dit onderzoek is door ondergetekende uitgevoerd.

Bij dit onderzoek werden verlichting en duisternis uitgedrukt in een tweetal grootheden: de locatie van de verlichting en de hemelhelderheid. De locatie van verlichting is van invloed op de hinder voor de natuur en voor de mens. Voor dieren kan het zicht op één enkele lamp al hinderlijk zijn, waarbij in open veld het bereik een aantal kilometers kan bedragen. De hemelhelderheid is vooral van belang voor de mens, voor het gevoel van duisternis. In Nederland is het nergens meer echt donker en de hemelhelderheid is een goede maat hiervoor.

Als eindresultaat van dit onderzoek is in een GIS-systeem alle gevonden verlichting zowel van wegen als van huizen ingevoerd. Daarnaast is een kaart geproduceerd waarop de hemelhelderheid op de Veluwe kan worden afgelezen. De rest van het artikel beschrijft hoe deze kaart gemaakt is en hoe in het algemeen de hemelhelderheid gemeten wordt. Hierbij worden technieken gebruikt die voor amateur-sterrenkundigen herkenbaar en interessant zijn.

De nachtelijke hemel is nooit helemaal zwart: er komt altijd wel een beetje licht vanaf. Dit wordt gedeeltelijk veroorzaakt door verstrooiing aan stofdeeltjes in ons zonnestelsel, maar ook door het verzamelde licht van sterren en melkwegstelsels die we niet kunnen zien maar die samen toch een bepaalde hoeveelheid licht produceren.

De hemelhelderheid kan in verschillende eenheden worden uitgedrukt. Een veelgebruikte eenheid is de magnitude per vierkante boogseconde - vergelijkbaar met de bekende magnitudeschaal. Als de hemelhelderheid bijvoorbeeld magnitude 18 is, is de hemel zo helder dat het lijkt alsof er op elke vierkante boogseconde een ster van magnitude 18 staat. Op deze schaal is de donkerste hemel die we op de wereld kennen in de orde van magnitude 21. In Nederland is de hemelhelderheid tijdens heldere nachten in de orde van magnitude 18 tot 20, terwijl de hemel met wolken en sneeuw magnitude 12 kan halen.

Een andere eenheid die door verlichtingsdeskundigen gebruikt wordt om de helderheid (de luminantie) van een oppervlak in uit te drukken is de candela per vierkante meter (cd/m2). De snelwegen in Nederland worden iets minder dan 1 cd/m2 verlicht, terwijl in België dat in de orde van 2 cd/m2 is. De natuurlijke hemelhelderheid is ongeveer 0,2 millicd/m2, terwijl deze in Nederland boven de 10 millicd/m2 kan uitkomen.

In een vorig artikel (Zenit, april 2002) is een methode beschreven om via satellieten de hemelhelderheid in kaart te brengen. De aarde werd op vele nachten zonder maan in kaart gebracht en het opgaande licht van elke plek gemeten. Door een model van de verstrooiing van licht in onze atmosfeer op deze beelden los te laten, kon de hemelhelderheid van de hele aarde worden bepaald. (De kaarten van deze wereldatlas zijn te vinden op www.inquinamentoluminoso.it/dmsp)



Links is de 'lichtkaart' van West-Europa uit de wereldatlas te zien, terwijl rechts een uitvergroting van Nederland toont. De resolutie van deze kaarten bedraagt ongeveer een vierkante kilometer. Dat is goed genoeg, aangezien de hemelhelderheid niet zo snel van plaats tot plaats verandert. De schaal voor de hemelhelderheid is echter vrij grof, omdat elke volgende klasse steeds een driemaal hogere hemelhelderheid aangeeft dan de vorige. Daardoor is Nederland in slechts drie klassen ingedeeld: geel staat voor 1 tot 3 maal de natuurlijke hemelhelderheid, oranje staat voor 3 tot 9 maal en rood voor 9 tot 27 maal de natuurlijke hemelhelderheid. Om beleid voor de Veluwe te kunnen maken, moesten de kaarten nauwkeuriger worden.

Om de hemelhelderheid nauwkeuriger te meten, moet er vanaf de grond gemeten worden. Dezelfde mensen die de wereldatlas gemaakt hebben, de Italiaanse sterrenkundigen Falchi en Cinzano, hebben daarvoor een methode bedacht die uitgaat van opnamen met een ccd-camera van de heldere nachthemel. Een ccd-camera vereist echter een laptop en deze methode is dus nog redelijk omslachtig; er is duidelijk behoefte aan een simpelere oplossing.

De laatste jaren zijn hiervoor diverse ideeën uitgeprobeerd, vooral gebaseerd op het meten met digitale camera's. De essentie van het gebruik van een digitale camera is dat de nachthemel wordt gefotografeerd, waarna de helderheden van de afgebeelde sterren worden gemeten. Daarmee kan de camera geijkt worden en kan de hemelhelderheid, de achtergrond, ook in magnituden uitgedrukt worden. Dat klinkt simpel, maar in de praktijk komt er bij het meten van de lage helderheden van de hemel nogal wat kijken.

Op de Veluwe is deze methode gebruikt. Op tachtig plaatsen zijn opnamen gemaakt en de resultaten zijn verwerkt tot bijgaande kaart, die veel meer informatie geeft dan de kaart uit de wereldatlas. Hierop zijn de steden Apeldoorn, Zwolle en Arnhem te zien. De donkerste delen liggen tussen Nunspeet en Epe, en vertonen waarden tussen de 0,25 en 0,3 millicd/m2 van 25 tot 50% boven de natuurlijke hemelhelderheid. De helderste delen in de steden zijn ongeveer tien keer zo helder als de natuurlijke hemelhelderheid.

Een alternatieve methode om een indruk te krijgen van de nachtelijke duisternis, is het maken van opnamen met een fisheye-lens. In bovengenoemde meetmethode krijgt elke plaats één meting, één getal: de hemelhelderheid in het zenit. Maar om de kwaliteit van een bepaalde plaats goed te bepalen, wil je liefst een beeld hebben van de hele hemel. De hemel is immers niet gelijkmatig donker of licht. In bijna heel Nederland is aan de horizon wel het licht te zien van een stad of kasgebied. Door een fisheye-opname te maken, is het mogelijk om een indruk te krijgen van de hele hemel.



Hierboven is een opname te zien van de Posbank, met in het zuiden de gloed boven Arnhem. Daaronder, dit keer met bewolking, een beeld van de nachtelijke hemel boven Abcoude, met aan de horizon Schiphol en het ertegenover gelegen kassengebied. Te zijner tijd zal het mogelijk zijn om ook deze beelden kwantitatief te analyseren.

Overigens is er onlangs een nieuw instrument op de markt gebracht waarmee de hemelhelderheid direct gemeten kan worden: de Sky Quality Meter (SQM). Het is een zeer simpel apparaatje, een soort belichtingsmeter, met maar één knop. Richt het apparaat op een stuk hemel en na een druk op de knop verschijnt er een getal dat de totale helderheid in die richting aangeeft (in magnituden per vierkante boogseconde). De SQM is alleen geschikt voor donkere en zeer donkere oppervlakken; de eerste resultaten zien er goed uit.

Digitale camera's zijn in principe goede instrumenten om lage helderheden zoals die van de nachtelijke hemel te meten. De essentie is dat op een heldere, maanloze nacht de hemel in het zenit wordt gefotografeerd. De sterren op dit beeld hebben een bekende magnitude en met behulp van astronomische software kan de hemelachtergrond gemeten worden. Aan dit principe zitten echter nogal wat haken en ogen.

- De camera moet 'RAW'-images kunnen geven, beelden die niet door de camera worden 'voorbewerkt'. Verder moet de camera langere belichtingen kunnen maken. Bij een belichting van acht seconden geven de meeste camera al sterren van magnitude 6 weer.
- Sterren hebben een magnitude die in een heel precies bepaald golflengtegebied is gespecificeerd. Daarbij wordt normaal gesproken een zogeheten V-filter gebruikt. Het golflengtebereik daarvan lijkt sterk op het groene gedeelte van de digitale opnamen. Bij metingen met een digitale camera wordt dus alleen dit groene gedeelte van de opname gebruikt. Een alternatief is om een Johnson V-filter te gebruiken, maar deze zijn vrij prijzig.
- Bij langere opnamen worden heldere sterren vaak overbelicht, wat natuurlijk niet wenselijk is. Een oplossing is om enigszins onscherp te fotograferen, waardoor de sterren als vlekken worden afgebeeld.
- De mate van uitdoving van licht aan de horizon verschilt sterk van dag tot dag. De hemelhelderheid die gemeten wordt, blijkt hier direct mee samen te hangen. Om de mate van lichtvervuiling vanaf de grond te meten, moet dus voor deze uitdoving gecompenseerd worden. De mate van uitdoving kan worden bepaald door een aantal opnamen te maken van delen van de hemel op lagere hoogte.

Voor het beleid van overheden is het belangrijk dat zaken als duisternis en verlichting ook in getallen uitgedrukt kunnen worden. Als er besloten wordt dat de duisternis vergroot moet worden en maatregelen genomen worden, moet er immers een betrouwbare methode bestaan om de effecten van het beleid in de gaten te houden. Zulke methoden lijken nu langzamerhand binnen handbereik te zijn, en mogelijk zullen zij een belangrijk wapen worden in de strijd tegen de lichthinder.