O brilho natural da noite – Proyecto EELabs

Um estudo recente analisa dados recolhidos em 44 dos lugares mais escuros do planeta, incluindo os Observatórios das Ilhas Canárias, para desenvolver o primeiro método de referência completo para medir o brilho do céu nocturno natural com fotómetros de baixo custo.

Dos 44 fotómetros da amostra, o Observatório Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma) destaca-se como o lugar mais escuro de todos aqueles analisados.

O céu nocturno não é completamente escuro. Mesmo nos lugares mais remotos existe um brilho do céu produzido tanto por componentes naturais de origem terrestre ou extraterrestre, como pela emissão de luz artificial resultante da actividade humana. Embora as principais fontes luminosas como a Lua, a Via Láctea ou a Luz Zodiacal sejam facilmente reconhecíveis, existe um brilho que domina o brilho do céu nas noites mais escuras, produzido nas camadas superiores da atmosfera e cuja variabilidade depende de forma complexa de factores como a época do ano, a localização geográfica ou o ciclo solar.

Os ciclos solares são regidos por períodos de 11 anos de actividade. Falamos do máximo solar quando a actividade do Sol aumenta, aparecem manchas na sua superfície e a emissão da sua radiação aumenta, o que altera as moléculas da atmosfera da Terra e há um aumento da luminosidade do céu nocturno do planeta. Quando estes eventos são menos intensos, dizemos que estamos num mínimo solar. Em 2018, o Ciclo Solar 24 entrou nesta fase e, desde então, os fotómetros TESS instalados em todo o mundo recolheram 11 milhões de medições que serviram para definir um método de referência para o estudo da escuridão natural com dispositivos deste tipo. Entre os resultados do artigo, que será publicado brevemente na revista The Astronomical Journal, destaca-se a “observação sistemática de variações de curto período (na ordem de dezenas de minutos ou horas) do brilho do céu, independentemente da localização, estação do ano, hora da noite ou actividade solar, e que foi demonstrado, pela primeira vez com fotómetros de baixo custo, que estão associados a eventos que ocorrem em camadas acima da mesosfera, ou seja, o brilho do ar”, explica Miguel R. Alarcón, investigador do Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) e primeiro autor do artigo.

**Figura 1.** No topo da imagem, o Observatório Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), realizado em Fevereiro de 2020. A área inferior reflecte o céu do hemisfério sul do Observatório La Silla (ESO Astronomia) em Abril de 2016. Nesta composição, a Via Láctea corre quase verticalmente acima e abaixo do horizonte. Na metade superior, Vénus está imersa na luz zodiacal, o que cria um círculo completo através do céu estrelado. Andrómeda e as Nuvens de Magalhães também podem ser vistas. As cúpulas dos telescópios no observatório La Silla aparecem de cabeça para baixo. Esta imagem, assinada pelos astrofotógrafos Juan Carlos Casado e Petr Horálek foi Imagem Astronómica do Dia (APOD) a 27 de Fevereiro de 2020 (apod.nasa.gov/apod/ap200227.html). Mais informações e imagem de alta qualidade: https://flic.kr/p/2iztCRG

“Este trabalho demonstrou a alta sensibilidade dos fotómetros de baixo custo quando ligados em rede. A análise final do conjunto de fotómetros TESS mostra o Gegenschein, uma ligeira luminosidade no céu nocturno, visível no eclíptico – a mesma região onde podemos ver a luz zodiacal ou o planeta -“, diz Miquel Serra-Ricart, astrónomo da IAC e co-autor do jornal. E acrescenta: “A rede de fotómetros mostrou mais uma vez que os Observatórios das Ilhas Canárias jogam na primeira divisão. Dos 44 fotómetros que recolhem dados de locais como Namíbia, Austrália, México, Argentina ou Estados Unidos, entre outros, foi determinado que o Observatorio del Roque de los Muchachos (ORM, Garafía, La Palma) é o mais escuro de todos eles”. Como se pode ler no artigo, a escuridão do ORM está próxima da escuridão natural – a luz artificial apenas acrescenta 2% ao fundo do céu -. Da rede de fotómetros instalados na Península, vale a pena mencionar a grande escuridão da Comunidade da Extremadura, a região de Montsec (Lleida), Javalambre (Teruel), Sierra Nevada ou os Pirinéus de Navarrese.

**Figura2.** Panorámica vertical obtenida desde el Observatorio del Teide, que muestra una brillante luz zodiacal centrada sobre el volcán Teide nevado (Parque Nacional del Teide, Tenerife), con la Vía Láctea de invierno, desde la estrella Sirio a la izquierda –la estrella más brillante del firmamento- hasta el doble cúmulo de Perseo a la derecha. En la parte superior aparece la débil luminosidad del Gegenschein solo visible desde cielos muy oscuros. Esta imagen forma parte de una iniciativa de contaminación lumínica del proyecto europeo STARS4ALL (www.stars4all.eu). STARS4ALL sensibiliza a la sociedad sobre los efectos negativos de la luz artificial sobre el bienestar humano, la biodiversidad, la visibilidad de las estrellas, la seguridad y el desperdicio de energía. Crédito: Juan Carlos Casado. Imagen en alta calidad: https://flic.kr/p/26Av41L

O estudo da poluição luminosa

O brilho produzido pela dispersão da luz artificial nocturna (LAN) por componentes da atmosfera (moléculas de gás, aerossóis, nuvens, ….) é conhecido como skyglow artificial. As estimativas sugerem que mais de um décimo da superfície terrestre experimenta LAN e esse valor sobe para 23% se incluirmos o skyglow atmosférico. Oitenta por cento da população mundial vive em locais onde existe poluição luminosa artificial e cerca de um terço deles não consegue ver a Via Láctea. Há muito poucos lugares no planeta onde a escuridão natural possa ser apreciada, observada e medida.

As consequências preocupantes da poluição luminosa, o resultado da actividade humana, na natureza, na nossa saúde e na astronomia motivaram o interesse da ciência por este tipo de poluição atmosférica. Ao longo das últimas décadas, foram desenvolvidos e comercializados diferentes dispositivos, cada vez mais precisos, para medir a escuridão à noite. Os fotómetros TESS do projecto STARS4ALL, que tornaram este estudo possível, baseiam-se no mesmo sensor que o fotómetro SQM (Sky Quality Meter).

**Figura 3**. O Gegenshein é um brilho suave no céu nocturno localizado na direcção oposta à do Sol – o ponto anti-solar – no eclíptico. A Gegenshein só pode ser detectada em locais escuros com níveis muito baixos de poluição luminosa. A imagem acima foi tirada a 11 de Março de 2021 do Observatório de Teide (IAC, Tenerife). Crédito: Juan Carlos Casado. Imagem de alta qualidade https://flic.kr/p/2kVXqUX

EELAbs: O uso sustentável da luz artificial

Mas já há novos projectos em curso, utilizando novas tecnologias, para continuar a investigar esta ameaça.

Este artigo propõe que para medir a extensão da poluição luminosa é necessário combinar as medições da luz espalhada pelas áreas urbanas retiradas do espaço (principalmente satélites) com mapas de escuridão de áreas naturais remotas obtidos a partir da instalação de redes de fotómetros autónomos com alta resolução temporal e uma separação média de quilómetros. Este é um dos principais objectivos do projecto EELabs EELabs (Laboratórios de Eficiência Energética), que é coordenado pelo Instituto de Astrofísica de Canarias e no qual participam a Sociedade Portuguesa para o Estudo das Aves (SPEA), a Universidade de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) e o Instituto Tecnológico de Energías Renováveis (ITER). A EELabs financiou o desenvolvimento de fotómetros autónomos que podem funcionar de forma completamente autónoma. Utilizando estes dispositivos, o projecto EELabs espera estudar o impacto da poluição luminosa nas áreas naturais protegidas da Macaronésia e no grupo de aves mais ameaçadas do mundo: as aves marinhas. Actualmente estão a ser realizados trabalhos nas ilhas de Tenerife, La Palma, Gran Canaria, Madeira e Corvo (Açores). Embora esteja previsto alargar as áreas de estudo a Lanzarote, La Gomera, Fuerteventura, El Hierro, Ilhas Desertas (Madeira) ou Graciosa (Açores).

EELabs (eelabs.eu) é um projecto financiado pelo Programa INTERREG V-A MAC 2014-2020, co-financiado pelo FEDER (Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional) da União Europeia, sob o número de contrato MAC2/4.6d/238. Cinco centros macaronésios (IAC, ITER, UPGC, SPEA-Azores, SPEA-Madeira) estão a trabalhar em EELabs. O objectivo da EELabs é criar Laboratórios para medir a Eficiência Energética da Luz Nocturna Artificial em áreas naturais protegidas da Macaronésia (Ilhas Canárias, Madeira e Açores). STARS4ALL foi um projecto financiado pela União Europeia H2020-ICT-2015-688135.

Artigo: M. R. Alarcon, M. Serra-Ricart, S. Lemes-Perera, M. Mallorquin (2021) Natural NSB durante o mínimo solar. Aceite para publicação no The Astronomical Journal. ArXiv: https://arxiv.org/abs/2105.01066

Contacto na IAC:

M. R. Alarcon (miguel.rodriguez@iac.es)
M. Serra-Ricart (mserra@iac.es)

Ligações interessantes:

EELabs: www.eelabs.eu
Comunicado de imprensa IAC EELabs
Imagens Luz Zodiacal e Gegenchein https://flic.kr/s/aHsk85BTvC
Imagens Airglow https://flic.kr/s/aHsmVyhrw8