Erhalt des dunklen und stillen Nachthimmels
Einführung
Der Blick in den Sternenhimmel und das Erkennen von Sternbildern, Sternschnuppen und Kometen ist ein Vergnügen, das uns ein Gefühl für unsere kosmische Heimat gibt. Die Astronomie ist auch die älteste Wissenschaft der Menschheit, und seit Tausenden von Jahren nutzen die Menschen die Sterne als Wegweiser und Zeitmesser. In den letzten Jahrzehnten hat sich jedoch die Qualität des Nachthimmels durch menschliche Aktivitäten verschlechtert, sowohl durch die Verschmutzung am Boden wie der Lichtverschmutzung, als auch durch die Verschmutzung am Himmel selbst, darunter Flugzeuge und ganze Scharen von Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen.
Einem Bericht aus dem Jahr 2016 zufolge beeinträchtigt die Lichtverschmutzung die Fähigkeit von über 80 % der Weltbevölkerung, den Nachthimmel zu sehen. Der herrliche Anblick der Milchstraße, die sich über den Nachthimmel erstreckt, gehört immer mehr der Vergangenheit an, und mehrere Generationen von Menschen wachsen auf, ohne jemals die wahre Schönheit des Nachthimmels zu sehen. Heute kann ein Drittel der Menschheit die Milchstraße aufgrund der Lichtverschmutzung nachts nicht mehr sehen. Darüber hinaus beginnen auch neu gestartete Satelliten, den Nachthimmel zu verschmutzen, was zu Artefakten in astronomischen Bildern führt.
Welche Arten der Lichtverschmutzung beeinträchtigen unseren Himmel und was unternimmt die ESO, um sie zu verringern?
Die Bedrohungen für unseren Himmel
Lichtverschmutzung
Lichtverschmutzung wird allgemein definiert als „künstliches Licht, das dort leuchtet, wo es weder erwünscht ist, noch gebraucht wird“. Dies führt zu einer zunehmenden Aufhellung des dunklen Nachthimmels und erschwert die Beobachtung astronomischer Objekte in Gebieten mit hoher Lichtverschmutzung. Diese ist die Folge der zunehmenden Industrialisierung und der ineffizienten oder übermäßigen Nutzung von Lichtquellen in Städten und anderen Gebieten. Zu den Quellen der Lichtverschmutzung gehören sowohl Innen- als auch Außenbeleuchtungen, wobei externe Lichtquellen wie Straßenlaternen, Scheinwerfer und helle Werbetafeln stärker zu den Umweltauswirkungen der Lichtverschmutzung beitragen.
Professionelle Astronomen sind eine der Gruppen, für die die Auswirkungen der Lichtverschmutzung eine Herausforderung darstellen. Das Streulicht bringt den Himmel buchstäblich zum Leuchten und erschwert es Beobachtern auf der Erde, schwache Objekte zu sehen: Je heller der Himmel, desto weniger Sterne sind von der Erde aus zu sehen. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Abbildung des Nachthimmels, insbesondere bei der Verwendung photometrischer Abbildungsmethoden (die die Helligkeit des Lichts von astronomischen Objekten messen). Denn es ist schwierig, die Hintergrundlichtverschmutzung von den Lichtsignalen aus dem Kosmos zu trennen, nach denen die Astronomen suchen.
Lichtverschmutzung betrifft auch Amateurastronomen, Menschen und Tiere. Licht kann in Schlafzimmer eindringen, Autofahrer ablenken und die innere Uhr von Tieren durcheinanderbringen. Der Nobelpreis für Physiologie und Medizin 2017 wurde einer Gruppe verliehen, deren Entdeckungen zeigten, dass der menschliche Körper einen natürlichen Tageslichtrhythmus und Dunkelheit in der Nacht benötigt, um gesund zu bleiben, und nachfolgende Studien haben die zunehmende Lichtverschmutzung mit einer erhöhten Rate bestimmter Krebsarten in Verbindung gebracht.
Auch die Tierwelt, sowohl in ländlichen als auch in städtischen Gebieten, leidet unter den Störungen durch die Lichtverschmutzung. Schwärme von Zugvögeln und Mistkäfern orientieren sich an der Milchstraße und werden durch die Lichtverschmutzung verwirrt. Darüber hinaus trägt die Lichtverschmutzung zu einer enormen Energieverschwendung bei, da die Beleuchtung sowohl bei der Herstellung als auch bei der Nutzung Energie benötigt. Eine Studie aus dem Jahr 2012 zeigte beispielsweise, dass eine italienische Kleinstadt 60 % ihres Energieverbrauchs allein für die Straßenbeleuchtung aufwendet. Eine Verringerung der übermäßigen Beleuchtung könnte daher dazu beitragen, unseren ökologischen Fußabdruck zu verringern.
Um das Problem der Lichtverschmutzung zu umgehen, bauen Astronomen ihre Teleskope weit weg von den Städten in abgelegenen Gebieten mit dunklem Himmel, wie zum Beispiel das Paranal-Observatorium der ESO in der chilenischen Atacama-Wüste. Aber selbst an solchen abgelegenen Orten ist der unberührte dunkle Himmel durch die Lichtverschmutzung zunehmend gefährdet, da die Städte in der Nähe der Observatorien wachsen.
Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen
Im Kampf um den Schutz des Nachthimmels zeichnet sich eine neue Bedrohung ab: die große Zahl von Satelliten, die in erdnahe Umlaufbahnen gebracht werden. In den kommenden zehn Jahren könnten bis zu 100.000 Satelliten von Unternehmen wie SpaceX, Amazon und OneWeb in solche Umlaufbahnen platziert werden. Diese Satelliten sind nicht nur für globale Kommunikationsnetze wichtig, sondern können aufgrund ihrer schieren Anzahl, ihrer Helligkeit am Himmel und ihrer allgegenwärtigen Funkemissionen auch die Astronomie beeinflussen. Wenn ein Satellit von der Sonne angestrahlt wird, kann er wie ein leuchtender Punkt am Himmel erscheinen, fast wie ein schwaches, weit entferntes Flugzeug. Aufgrund der Anzahl dieser Satelliten und des von ihnen reflektierten Sonnenlichts können sie die Messungen von erdgebundenen Observatorien stören, insbesondere bei Beobachtungen in der Dämmerungszeit.
Beobachtungen mit Teleskopen in erdnahen Umlaufbahnen, wie z. B. dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA/ESA, können ebenfalls durch Satelliten, die ihr Sichtfeld kreuzen, beeinträchtigt werden. Die Teleskope selbst können sogar bei Kollisionen mit anderen Satelliten oder Weltraummüll beschädigt (oder sogar zerstört) werden, wie in dem Film Gravity von 2013 zu sehen ist, in dem Hubble von Weltraummüll zerfetzt wird.
Eine zunehmende Anzahl von Satelliten wird über allen Observatorien zu erkennen sein. Dies wird sich bei Weitwinkelaufnahmen in der Dämmerung – zwischen Morgengrauen und Sonnenaufgang oder zwischen Sonnenuntergang und vollständiger Dunkelheit – deutlich bemerkbar machen.
Diese Satelliten haben auch Auswirkungen auf die Radioastronomie. Sie stellen Hunderte von Radiosendern über dem Horizont des Observatoriums dar, was die Messungen unserer hochempfindlichen Radioteleskope wie APEX oder ALMA, an denen die ESO beteiligt ist, beeinträchtigen wird. (Detaillierte Studien über die Auswirkungen von Satellitenkonstellationen auf ALMA oder APEX werden zwar derzeit durchgeführt, sind aber noch nicht abgeschlossen).
Die ESO beteiligt sich aktiv an der Forschung zur Untersuchung der möglichen Auswirkungen neuer Satellitenkonstellationen. Im Jahr 2020 wurden in einer ESO-Studie die Auswirkungen neuer Satellitenkonstellationen auf die erdgebundene Weltraumbeobachtung im optischen Bereich und im Nahinfrarotbereich untersucht. Die Studie kam zu dem Ergebnis, dass Teleskope wie das Very Large Telescope (VLT) der ESO und das künftige Extremely Large Telescope (ELT), beide in der chilenischen Atacama-Wüste, durch diese Satelliten „mäßig beeinträchtigt“ werden. Eine neuere Studie, die auf der früheren Analyse aufbaut und 2022 veröffentlicht wurde, ergänzte diese Ergebnisse.
Die Auswirkungen sind bei langen Belichtungszeiten ausgeprägter und bis zu 3 % der Aufnahmen während der Dämmerung werden dadurch unbrauchbar gemacht. Die Studie ergab auch, dass sich die neuen Satellitenkonstellationen am stärksten auf Großfelddurchmusterungen durch Teleskope wie dem Vera C. Rubin Observatory der US National Science Foundation (keine ESO-Einrichtung) auswirken werden, wobei bis zu 30 – 50 % der in der Dämmerungszeit durchgeführten Aufnahmen „ernsthaft beeinträchtigt“ sein werden.
Der Auftrag der ESO zum Schutz unseres dunklen und ruhigen Nachthimmels
Die ESO hat sich aktiv an der Kampagne zur Erhaltung des dunklen und ruhigen Nachthimmels beteiligt und nimmt an zahlreichen Projekten zur Verringerung der Verschmutzung durch Störlicht, Satellitenkonstellationen und Flugzeugen teil. So gilt beispielsweise über dem Paranal-Observatorium der ESO ein reduzierter Flugplan, so dass die Flugzeuge in der Nähe des Observatoriums nie höher als eine bestimmte Grenze über dem Horizont von den Teleskopen aus zu sehen sind.
Über den Gemeinsamen Ausschuss der ESO und der chilenischen Regierung finanziert die ESO mehrere regionale und nationale Initiativen zur Sensibilisierung der Öffentlichkeit für das Thema Lichtverschmutzung. Vor allem aber sponsern und finanzieren die ESO und ihre Partnerobservatorien das Büro für den Schutz der Nachthimmelqualität in Nordchile (OPCC), dessen Aufgabe es ist, den Nachthimmel in den Regionen Antofagasta, Atacama und Coquimbo vor Lichtverschmutzung zu schützen. Die OPCC arbeitet mit Astronomieorganisationen und den chilenischen Behörden zusammen, um praktische Lösungen für die Bedrohung durch den immer heller werdenden Himmel zu finden. Diese Lösungen reichen von der Beratung der Bürger über die Gestaltung der Beleuchtung bis hin zur Einführung neuer Beleuchtungsnormen.
Die ESO hat ausführlich vor den Gefahren gewarnt, die von Satellitenkonstellationen für bodengebundene astronomische Observatorien ausgehen. Wissenschaftler und Strategieexperten der ESO waren Teil der Dark and Quiet Skies Working Group, einer internationalen Arbeitsgruppe unter der Leitung der Internationalen Astronomischen Union (IAU), die ihre Schlussfolgerungen zum Schutz des dunklen und ruhigen Nachthimmels in zwei Berichten zusammengefasst hat, die 2020 und 2021 veröffentlicht wurden.
In Zusammenarbeit mit der IAU und anderen Partnerorganisationen hat die ESO auch eine Petition an den UN-Ausschuss für die friedliche Nutzung des Weltraums (COPUOS) gerichtet, um einen besseren Schutz des dunklen Himmels und der Funkstille zu erreichen. Im Jahr 2022 reichte die Arbeitsgruppe ein Papier bei COPUOS ein, das auf der 59. Sitzung des COPUOS-Unterausschusses für Wissenschaft und Technik diskutiert wurde. Dies war das erste Mal, dass der dunkle und stille Nachthimmel als offizieller Tagesordnungspunkt bei den Vereinten Nationen eingebracht wurde.
„Es liegt (...) im Interesse der gesamten internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft, die weltweiten astronomischen Beobachtungsmöglichkeiten vor nachteiligen und erheblich störenden und schädlichen künstlichen Eingriffen zu schützen." UN COPUOS Papier über den Schutz des dunklen und ruhigen Nachthimmels, 2022
Für die ESO, die ständiger Beobachter bei der COPUOS ist, ist es sehr wichtig, über die verschiedenen politischen Initiativen im Bereich der Astronomie auf dem Laufenden zu bleiben. Die ESO engagiert sich auch in zahlreichen anderen Organisationen, die sich für den Schutz des dunklen und ruhigen Nachthimmels einsetzen, ist ständiges Mitglied in der International Dark-Sky Association und verfolgt aufmerksam andere regionale Initiativen wie die European Dark Skies Conference. Die ESO ist auch ein beitragendes Mitglied des IAU-Zentrums für den Schutz des dunklen und ruhigen Nachthimmels vor Störungen durch Satellitenkonstellationen, das im April 2022 gegründet wurde. Dieses Zentrum soll die multidisziplinären internationalen Bemühungen koordinieren, die zur Verringerung der negativen Auswirkungen von Satellitenkonstellationen auf optische und radioastronomische Beobachtungen sowie auf die Freude der Menschen am Nachthimmel führen soll.
Die ESO trägt auch zu Initiativen bei, die darauf abzielen, den dunklen und ruhigen Nachthimmel für alle zu schützen, und beteiligt sich an Projekten wie dem von der EU finanzierten STARS4ALL consortium und der Starlight-Initiative, die von der UNESCO, der IAU, der Welttourismusorganisation der Vereinten Nationen (UNWTO) und anderen weltweiten Organisationen unterstützt werden.
„Ein unverschmutzter Nachthimmel, der den Genuss und die Betrachtung des Firmaments ermöglicht, sollte als grundlegendes soziokulturelles und ökologisches Recht betrachtet werden“, heißt es in der IAU-Resolution zum Nachthimmel. „Der Nachthimmel war und ist eine Inspiration für die Menschheit, und seine Betrachtung stellt ein wesentliches Element in der Entwicklung des wissenschaftlichen Denkens in allen Zivilisationen dar.“