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夜空监测、最新动态

重磅：天一天文社两篇学生论文被国际会议收录

天一天文社2篇论文被国际会议收录

        天一天文社黄宇轩、崔恒韬、沈均如、虞协青、曹克凡、王赞旭、冯凯彬、吴嘉毅、章一诺等同学及沈新荣老师共10位师生共同撰写Wuxi Night Sky Brightness Monitoring Network Construction Report和
Study on Night Sky Brightness Change and Urbanization of Wuxi City两篇学术论文被2019年第四届国际光污染会议（理论、模型和测量）审核接受，将于会议期间进行汇报展示，并作为会议论文发表。

这是天一天文社开展光污染防治相关研究以来，继《无锡城市夜空光度测量研究》（2015年论文发表），《星星都去哪了——城市夜空光度监测项目组在行动》（2016年论文发表）《基于生态理念的校园照明系统设计研究》（2017年论文发表）《基于无线技术以及物理模型的校园智能路灯排布设计探究》（2017年论文发表）之后，最新的研究成果。

感谢江苏省天一中学、宜兴市昆杰科技有限公司、江苏哲勤科技有限公司、江苏省南菁高级中学、江阴市青阳中学、无锡市山明中学、无锡市新区旺庄实验小学（排名不分先后）等单位对项目的大力支持。

夜空监测、最新动态、江苏省天一中学

星星都去哪了

《星星都去哪了——城市夜空光度监测项目组在行动》有幸发表在2016年第2期《天文爱好者杂志》上，让我们共同关注城市光污染。

星星都去哪了

——城市夜空光度监测项目组在行动

江苏省天一中学  沈新荣

光污染的影响

光污染是继水、气、声和渣污染之后的一种新型污染，主要包括白亮污染、人工白昼和彩光污染。光污染的影响首先在于破坏天文观测环境。随着城市照明、户外广告、亮化工程的推进，天空发亮已经成为全球性现象。约翰・波特尔于2001年在《天空与望远镜》杂志上发表了著名的波特尔黑暗天空分类法，他将天空分为9个等级：在第1等级“极黑的夜空”地区，连黄道光、黄道带和对日照都能看到，天蝎座和人马座间的银河区域亮到可以照出地物的影子，肉眼的极限星等在努力后可以达到7.6至8.0等；而在第9等级“市中心的夜空”地区，包括天顶在内的整个天空都被照亮，肉眼的极限星等低于4.0等，只有月亮、行星和昴星团可能给观星者带来些许乐趣。

光污染对天文观测的影响极大，历史上天文台因此而被迫搬迁的案例屡见不鲜。英国格林尼治天文台早在1948年就为躲避光污染和大气污染而迁往东南沿海环境优美、观测条件更好的赫斯特蒙苏堡地区。格林尼治天文台旧址现已划归英国国家海洋博物馆，设有天文站和天文仪器馆，里面陈列着许多早期的天文望远镜、时钟、浑天仪和地球仪，供游客参观游览。在美国、加拿大、日本、西班牙、葡萄牙等国，多个著名天文台都曾几次迁址。我国紫金山天文台的观测工作也全部转移到了其他观测站点，紫台园区则已改建为天文博物馆，以天文科普和天文旅游为主，仅保留了少量与太阳观测有关的科研工作。

当然，光污染的影响并不局限于天文观测。居高不下的学生近视率、迷途的海龟幼崽、撞上玻璃幕墙的飞鸟、爆发性增殖的水藻、能源紧缺与气候变暖，这些看似并无关联的人与事，其实背后都与灯光之扰息息相关。

光污染在无锡

早在社团成立之初，我们就知道无锡的观星条件不好。我们知道，距市中心三阳广场约6.2公里远的天一中学校园里，天空是白的是灰的是橙的是多彩的，北斗七星中的天权是看不到的，狮子座的镰刀是认不全的……但我们从未意识到在距三阳广场16.9公里远的斗山山顶竟然连仙女座大星系M31和猎户座大星云M42都仅能勉强分辨，山脚下的路灯和远近城镇的光源清晰可见，天空泛着浅浅的灰白色；我们从未意识到在与市区间隔有十公里丘陵的太湖十八湾地区竟连天顶附近的银河都彻夜不现，三角座星系M33也必须要通过双筒镜才能被观察到。一期一期的观星营办起来，露营点的环境却始终那么令人遗憾。

就这样阴差阳错却又命中注定的，“光污染”成为了我们观星的结，成为了我们天文科普的切入点，我们现今研究的课题之一。

从2011年开始，我们先后策划了多期“星空光害旅行团”活动，组织学生在一个晚上的时间内，从市中心到城区、再到郊区、远郊和乡村，实地感受和对比分析各地区的光污染情况。此外，我们还策划了“都市数星星”“光污染摄影赛”“在微光中辨认颜色”等光污染相关的科普活动。

夜空光度测量

2012年9月，学校从加拿大进口了9台夜空光度测量仪（Sky Quality Meter-L），我们的“无锡城市夜空光度测量研究”课题正式开始了。

为科学、有效的开展夜空光度测量工作，我编写了《无锡市夜空光度测量指导》方案，就测量时间、地点、方法及报告填写的格式予以了统一规范。在测量方法上，首先介绍的是最常见的目视极限星等法，即通过肉眼能观察到的最暗星等来进行估算：选择2个或以上的地平高度大于40°的定标天区，数出该天区内能观察到的恒星数目，与国际流星组织提供的表格对应来确定极限星等。但这种方法有一定的局限性，比如不同的人因视力不同而测定的极限星等会有差异，测定的极限星等可能因定标天区的缘故并不是天顶附近的……其次是照相法，这种方法的缺点在于测量时间较长，对摄影者的技术要求较高，胶片可能出现倒易率失效的问题或CMOS/CCD长曝光噪点增多的问题……第三是仪器测量法，SQM-L是一款国际顶尖的手动测光仪，它只对可见光有感应（装有近红外过滤器），测量范围仅限于感应面中心轴角距20°范围内的天空。SQM-L是一款极易操作的傻瓜机，操作者只需将感应面对准天顶，按下开关并释放，数值就会立即显示出来。SQM-L读数的单位是星等/平方角秒，我们可以根据需要，使用“A（星等/平方角秒）=12.41-2.5lgB（坎德拉/平米）”公式进行方便的转换。

通过两年多的测光，我们共收集了2000多组有效数据，发现无锡城区（解放环路内）三块不同功能用地间夜空光度均值存在明显的分异（中心商务区最亮，老旧居民区最暗，混合地区居中），市区的夜空光度均值随距三阳广场远近不同存在相关系数达0.978的线性关系，天一中学天文教室楼顶上方天空的夜空光度在不同地平高度和方位上的变化明显符合无锡城市用地的分布特征，夜空光度随时间的变化也表明夜空光度随着人造光源在前半夜的逐渐关闭有线性的减弱而后半夜仅受道路照明等长明灯的影响故变化不明显。据此撰写的论文在发表后得到了广泛的社会关注，香港大学物理系首席讲师潘振声博士邀请我们访问并参观香港地区的夜空光度监测站，开展交流与研讨工作；国际天文学联合会天文普及室张师良室长邀请我们加入Globe at Night – Sky Brightness Monitoring Network，成为国际夜空光度测量网络的一员。

2015年9月，在我们的发动下，由五家单位共建的“无锡城市夜空光度监测网络”已经开始着手规划，更为先进的Sky Quality Meter（LE+H+POE）自动测光组件将成为各个监测站的主力设备，为我们进一步搜集和分析夜空光度的地区差异（乡村与城市），时间变化（长期多年、短期一夜），影响因素（月相、云量、人造光源）提供可靠的数据来源。

我们期待自己的这些微薄的工作能推动光污染防治在社会公众中的认识与重视，能为未来政府机构进行光污染治理和立法提供参考。我们也期待，更多的单位可以踏上夜空光度监测的征途，共同推动善用灯光和保护美丽星空的公众教育行动。

夜空监测、天文基地、最新动态

锡天联成立仪式暨夜天光培训会

摄影/文字：童祎璐（天一天文社第十届社团理事会副理事长）

 

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2015年10月30日，正值天一中学一年一度聚焦课堂研讨活动，在科学楼5楼天文教室，来自天一中学、青阳中学、山明中学、南菁中学、旺庄实小的一些师生，一起见证了无锡市中小学生天文科普联合会（AUWS）及无锡城市夜空光度检测网络（WBMN）的建立。

根据大会的议程，我们首先进行的是成立仪式和合影环节。在天一中学环境优良的天文教室，见证这一时刻也是很荣幸的。天一天文社自2008年成立至今，做出了天文科普的关键一步。相信联合会的成立将带动天文科普的前进。

成立仪式后是颁奖。颁发的奖项是向大家征集的会徽设计和光污染的来源摄影作品，获奖的七位同学积极参与，为AUWS和WBMN的建成贡献了自己的一份力量。

午饭过后，刘子喻和陆寅枫同学为在场的老师同学分别进行了广电节目的介绍以及光污染检测的基本培训。刘子喻为大家展示了广电的风采以及接下来广播节目的计划，让大家有了清晰的了解；陆寅枫凭借他优秀的项目素养和基础，细致地为大家讲解了夜空光度测量监测网络仪器的拼装搭建和软件的使用等，也解答了同学老师提出的疑问，培训过程令人十分满意，收获颇多。

中小学天文科普联合会的成立仪式虽然简单，但这是一个很好的开端，为未来铺设了道路。我觉得，在众多指导老师和优秀的学长学姐的带领下，各会员社团将越走越远，AUWS和WBMN的辉煌之时也指日可待。

夜空监测、最新动态

会徽设计+光污染摄影大赛获奖名单

WBMN

在无锡市中小学天文联合会、无锡城市夜空光度监测网络项目组、无锡市业余天文爱好者协会（筹委会）的指导下，由江苏省天一中学天文社主办，南菁中学天文社、山明中学夜天光项目组、旺庄实小夜天光项目组、青阳中学天文社等单位协办的“会徽设计+光污染摄影大赛”日前顺利落下帷幕。

经评委会综合“作品视觉美感、作品说明表达技巧/作品意涵、手法创意”等评分标准，共评选一等奖1名，二等奖3名，三等奖3名，现公布名单如下：

一等奖

陆寅枫（WBMN会徽设计）

 二等奖

浦熙（WBMN会徽设计）

华雨辰（AUWS会徽设计）

胡天宁（光污染的来源摄影作品）

 三等奖

孙逸科（WBMN会徽设计）

浦熙（AAAW会徽设计）

缪婷钰（AAAW会徽设计）

以上获奖选手将获得纪念品和证书各一份，并将受邀参加无锡市中小学天文联合会成立大会，接受颁奖。

无锡市中小学天文联合会

无锡城市夜空光度监测网络项目组

江苏省天一中学

2015年10月11日

夜空监测

夜空亮度

夜间的天空正逐渐地变亮。随着文明社会的兴起，城市和道路引入越来越多的灯光。为了照明、美化夜间城市效果，大量采用的装饰灯、泛光照明和广告牌，这不仅照亮了地面和周围环境，而且很大一部分光线射向天空。另一方面，人类的活动加剧了的空气污染，植被的减少造成的风沙和悬浮颗粒，也使得大气的透明程度恶化。空气中的烟尘和微粒经过灯光的照射会形成散射，就造成天空发亮。当然，除了人类的活动影响以外，自然现象也一样会造成夜间天空发亮，例如也月亮是很强的一个光害，雾气和薄云也都会使大气不透明。
谈到夜间天空的亮度，自然要涉及亮度的概念。这个概念与人们通常意义上的亮度相似，但有区别。因此，我们从光度学意义上的亮度谈起。
一、什么是亮度
1、光度学对亮度的定义
说到亮度概念，我们都很熟悉，但严格说来，“亮度”一词又可以有好几种解释方法。常用的表示天体亮度为多少等的说法，实际上是光度的概念，英文成为Magnitude，简称M，而这里讲的光度学意义上的亮度，英文为Brightness或Luminance，简称B。
定义：单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流，称为亮度，单位为尼特（nt）。
2、亮度的具体解释
这个定义太抽象了，需要具体解释一下。通俗的讲，亮度是表明一个物体表面的明亮程度的，不仅可以表示主动发光的（如太阳表面、日光灯表面），也可以表示不发光而通过反射而发亮的物体（如月亮、书本）。观察表面时，要垂直观测（法线方向），以便得到最大的亮度。
那么，1尼特到底是多亮呢？首先，先说一下光通量的概念。光通量是单位时间光量或光功率的概念，也叫发光通量，单位流明（lm）。光通量与功率有转换关系，1瓦的功率如果全部转换为人眼最敏感的波长为555nm的光，为683流明；全部转换为波长为650nm的红光，为73流明。如果转换成色温为6000度的可见光太阳光谱，大概300lm/瓦。实际上，白炽灯的发光效率大约只有9流明/瓦，日光灯大约35流明/瓦。
若1流明的光，均匀照射到1平方米的面积的物体上，这物体得到的光照度就是1勒克司（lx）；平常我们要正常工作，光照度应该要100 勒克司，做精细的活时（如修表），要300 勒克司以上，家用CCD最灵敏的，单色有0.01勒克司的，彩色一般1勒克司左右。关于在什么场合需要多大的光照度，有国家标准可遵循。光照度可以用光照度表来测量。在我自己的房间里，40W日光灯，桌子（距离2m）上的光照度经测量为95 勒克司。
若一个白色物体，接受1勒克司光照度的光以后，可以把所有的光按照正常规律都理想的漫反射出去，那么，这物体的亮度就是1/π = 0.3尼特（nt）。如果物体颜色比较深，例如只反射20%的光，其余80%被吸收了，那么，亮度只有0.06 nt。所谓“按照正常规律”，是指被照物体表面在各方向上光亮度相同的那种漫反射，比如纸张等表面不光滑的大多数物体。这样算下来，距离40W日光灯2米处的白纸（反射系数大约为75%），其亮度大约为24 nt。
3、三个误区：
A. 点光源的亮度是非常高的
点光源是没有亮度概念的。亮度是对于有面积的物体的表面而言的。如果真的要了解遥远恒星的（表面）亮度，需要放大到足够大，看起来已经有面积，才能测量其亮度。
B. 口径大的望远镜，可以把暗弱的星云看得更亮
如果望远镜的口径和倍数比较小，增大口径后，会使得星云更亮一些，这就使人误解，只要望远镜的口径足够大，可以把星云看成非常亮。事实上，任何物体的表面亮度，使用任何光学仪器来观测，都只会减低视在亮度，最多相等，而不能增加亮度的，这是一个光学推论。因此，无论用多么大口径的望远镜（比如10米、100米口径），只要不利用放大积累原理（例如，CCD采集后用屏幕显示），那么，看到的任何有面积的物体，都不会在亮度上增加，其效果就像走近观察一样。相反，如果光学器件不理想（如反射率透射率不是100%），则亮度要成比例降低。
C. 好的望远镜可以看到照片上的星云颜色
星云是有颜色的，尤其是利用三色滤光镜用CCD拍摄的星云照片，非常接近于本来的色彩。然而，在望远镜里直接观测却只能看到淡绿色。这并非望远镜偏色，也不是望远镜的光力不够，而是星云都比较暗。一般星云表面亮度都在0.01尼特以下，而人眼在0.1尼特的亮度下已经基本失去亮度感觉。
二、常见的物体的亮度
那么，常见的物体有多亮呢？这里给出一些参考值，单位为尼特。
太阳表面 1500000000
日光下的白纸 24000
蜡烛的火焰 5000
满月月亮表面 3000
白天晴朗的天空 2000
办公室桌上白纸 100
人眼分辨颜色下限 0.1
月光下的白纸 0.05
M42的中心部分 约0.02
马头星云附近 约0.0001
三、用摄影术语表示亮度

1、曝光量和胶卷速度
相机在f/1.0光圈，曝光1秒，称为曝光指数EV=0。正常曝光时EV值越大，物体越亮。知道了EV值、胶片感光度S，就可以计算出物体亮度：B=2^EV×K/S。其中K=12.5，符号“^”表示乘方的意思。如果S=ISO100，则可以简化为B=0.125×2^EV。换句话说，在底片为100度的情况下，f/1.0镜头曝光1秒而曝光正常的物体亮度为0.125尼特。
2、快门与光圈的组合
知道了光圈和快门组合，EV值很容易推算出来。例如光圈f8、快门1/125秒，则光圈小了6档、速度快了8挡，因此EV值为6+8=14。

四、如何测量或得到物体的亮度

1、专门的测光表来完成
专业的测光表，可以直接读出被测物体的亮度。这当然最准确，但业余条件下难于实现。
2、用相机
如果有具备点测功能的相机，就可以用来测量亮度，比较容易实现，但精度并不很高，误差1/2挡（即30~40%），专业相机误差1/3挡（即20~25%）。我利用F80D相机，装上200mm/2.8的镜头，把胶片速度打到ISO6400（为了尽可能灵敏），测量了天空的亮度值（事先经过线形化和最高灵敏度的校准，用LED）。需要注意的是，一般相机的测光有个适用范围，对于点测功能，检测范围要更窄一些，例如对于F80D相机，为EV3~EV21，对应亮度为0.015~4096尼特（使用ISO6400，f2.8镜头，打到快门优先30″，以便提高灵敏度）。有关F80D的弱光测量下限，参见网上的文章：
3、通过照度表来测量
照度表很普通，价格相对也便宜，读数单位为勒克司。知道了某处的照度E，则该处漫反射率为ρ的物体，其亮度即为B = 1/π×ρ×E ≈ 0.31×ρ×E。
4、摄影测光表
照相用测光表有两种模式。在“入射测光”模式下，主要用于非发光的可以够得着的物体，把ISO设成100，得到EV值（精度一般为0.1EV即7%），此时可以换算成照度 E=2.5×2^EV，再利用上述公式得到物体的亮度。在“反射测光” 模式下，也可以测得EV值，直接计算亮度为B = 0.125×2^EV。这种方法更简单，但不是所有的测光表都支持。另外一些高档的测光表，例如世光L-608C，可以直接测量亮度尼特值。
5、通过照片的底片密度来推算
见下第六节。对于比较暗的物体，尤其是夜空的亮度测量，也见第六节。

五、什么是夜间天空亮度

夜间天空发亮是天文观测的大敌，因此称为光害。不同的地点，由于灯光的强弱、海拔高度等因素的不同，光害的程度也是不同的。即便是在同一个地点，在不同的时间、面向不同的天空，由于大气的含水量、含尘量的不同，其亮度也是不同的。为了能够尽量减少变数，一般规定测量/观察时间是晚间12时（或以后）的天空亮度，这时大部分人的活动开始减少，建筑物的泛光照明已经停止。另外，天空的亮度应该是指天顶的亮度。讨论夜间天空亮度的意义，在于给出定量分析，了解各种情况下的天空亮度值，便于进行各种不同场合下的天文观测或天体拍摄。
夜间天空的亮度用什么去衡量呢？既然是亮度，就需要用亮度单位来衡量，因此要用到尼特。但尼特单位太大，因此常用微尼特来描述。1尼特为100万微尼特。另外，在天文台经常用每平方角秒的天空相当与多少等来表示，例如，对于光波的V波段（即0.55微米光波长，是人眼最敏感的黄绿色），几个天文台址的天空亮度为（单位即为mag / arcsec-2）：
中国北京天文台兴隆观测站：21.04
欧洲南方天文台（ESO，在智利）：21.8
加拿大法国夏威夷天文台（CFHT）：21.1
根据《中国大百科全书》天文学，497页，没有光害的情况下天空也发光，称为夜天光，其的40%来自高层大气的化学作用。另外，夜天背景的亮度为每平方角秒21.6等，相当于252微尼特。

六、如何度量夜间天空的亮度

度量夜间天空的亮度的最常用的方法，就是目视极限星等法。也就是说，通过肉眼能够看得到的最暗的星等来估算。这一般通过在特定的天区数其中能够看到的恒星的数目，通过查表来确定。具体的方法来自IMO网站，笔者后来经过自己本地化与汉化，做成“极限星等星区寻找计算器”，放在此处供大家下载：
http://lymex.vip.sina.com/astro/lmc.zip
这样得到的极限星等，是一个综合指标，不仅与光害有关，而且与大气的透明程度、天区的位置等因素有关。这种方法，简便且非常实用，直接反映能够看到的最暗星等，与目视观测能够非常好的配合，不受器材限制，速度比较快，是最容易采用的。另一方面，我们也要看到这种方法的局限性：
1、为观测者主观决定，因此，不同的人可能得到不同的结果；
2、得到的不是天顶附近的极限星等，因为计数区域很可能不在天顶；
3、区分不出极限星等不高的原因，是光害的影响还是大气透明度的影响；
4、对于非常好的观测条件，不能判别。人眼在判别接近极限星等6.0时，已经成非线性。换句话说，如果观测条件比极限星等为6.0再好6倍，很可能得到的结果是6.5等而不是外推出来的8.0等的极限星等。
第二种方法，是照相法。用比较灵敏的底片，也可以使用自己最常用的底片，常用的但比较大的光圈，对准天顶进行一定时间的曝光，然后冲洗出来检查底片的密度。通过测量底片密度，从底片的密度曲线可以查出曝光值H（单位是勒克司-秒），因此可得到底片当时的照度（lx），再根据镜头的光圈，就可以推算出物体的亮度。例如，拍摄一个星云，用ISO400底片和f/2.8的镜头曝光t = 600秒钟，假设底片的星云部分透光率为10%，则密度为1.0（密度=log(1/透光率)），查该底片的曝光特性，此时底片的曝光值H的对数为-1.85，即H=0.014l勒克司-秒，因此底片照度为E = H / t = 0.014 / 600 = 2.3×10-5，再根据上面照度公式，得到该星云的亮度值为B = 1.27 × E × F^2 = 1.27 × 2.3×10-5 × 2.8 ×2.8 = 2.3×10-4尼特 = 230微尼特。其中，F为焦比，为相对光圈的倒数。要注意，这种方法测量亮度，要受底片倒易率失效的影响，不同的底片，特性也不同，一般要把所求的亮度增大2~10倍。
应该看到，尽管这种方法与摄影密切相关，但也有一些缺陷：
1、测量时间长；
2、对观测不太准确（底片对弱光的长时间曝光的倒易率失效问题）；
3、不同的胶片对结果影响很大。
第三种方法，是使用各种仪器来测量。例如，用高灵敏度的CCD测量、用光电倍增器测量。我自己曾经利用美国国家半导体公司的静电级运算放大器LMC6001制作了一个微弱电流放大器，可以检测低至0.1pA的电流（即10-13A），把经过筛选的光电二极管悬空接上，可以测量低至0.02毫勒克司的照度，或者，接一个镜头，就可以检测出大约100微尼特的物体亮度，这已经超出了人眼的感觉下限（大约为30微尼特）。

七、夜间天空的亮度全图

根据美国的DMSP彗星多年测量的结果，光害科学技术研究院发表了夜间天空亮度全图，见http://www.lightpollution.it/worldatlas/pages/fig1.htm。
该地址具有全世界的分区或整体的非常详尽的用色彩表示天空亮度的电子地图。根据他们的计算，以天空平均亮度252微尼特（相当于每平方角秒21.6等）为基准，把天空分成8个区域，分别是（括号后的污染程度是我自己加的）：
1、黑色区域，没有任何光污染，相当于基准值的1%以下；
2、灰色区域，天顶附近没有污染，但天边有部分污染，甚至危机天顶，相当于基准值的1%-11%；
3、蓝色区域，相当于基准值的11%~33%（微污染）；
4、绿色区域，相当于基准值的33%~100%（轻度污染）；
5、黄色区域，相当于基准值的100%~300%（轻中度污染）；
6、橙色区域，相当于标准值的300%~900%（中度污染）；
7、红色区域，相当于标准值的900%~2700%（中高度污染）；
8、白色区域，相当于标准值的2700%以上（高度污染）。
注意，引用这结果是有条件的：
1、在海平面高度。如果海拔比较高，则相同条件下天空亮度变得比较低，更适合观测。
2、向天顶方向。
3、测量的是光的V波段。
4、大气悬浮物通透系数为1（相当于天顶天体亮度损失0.33等、水平可视距离26千米）。如果大气不通透，则不仅天体亮度损失增大，而且天空亮度显著增加。
从图上可以看出，距离大城市15公里之内，是没有很好的观测条件的。要想达到比较好的条件（进入蓝色区域），一般要距离25公里以上，而要进入天顶无光害的灰色区域，应该走出50公里以上。

八、如何寻找低亮度的天区

1、高山地区
一定的海拔高度，不仅灯光少，更主要的是空气稀薄、悬浮颗粒少，因此星等损失小，因为此点是选择观测地点的最重要的因素。
2、人口稀少的地区
这样，灯光就少，伴随人类活动的粉尘烟雾也相对少。
3、干燥地区
空气干燥则扰动变小，视宁度就高，有利于高分辨力的观测

九、应用实例

我们可能不具备良好的观测条件，但很多观测并非所有的条件都具备才能进行。根据不同的观测条件，可以选择不同的应用进行妥协。
1、观测月亮、木星等大行星
只要求天气晴朗，视宁度好即可，对光害要求不高。这是因为，太阳系的天体都很亮，远大于大气的光害亮度，因此，灯光的影响并不很重要，只要不是在强灯光周围即可以进行观测或拍摄。
2、观测恒星、双星
同样，亮恒星的观测对环境并不太敏感。
3、流星目视观测
最好找光害少的地方，否则暗流星的观测将受影响。
4、彗星观测
大彗星在城市里面就可以看到，小型目视彗星就应该走的远一点。即便是明亮彗星，暗处观察也比城市内观测壮观得多，可以看到更长的彗尾和更细的结构。
5、拍摄星云、银河、彗星
拍摄对光害要求最为苛刻。尤其是拍摄暗弱天体，需要长时间露光，有时需要高敏感度的胶卷和CCD，如果有光害，则被摄物体将被淹没，无法拍摄下来。即使勉强拍摄下来，也将失去暗部细节和通透感。

 

夜空监测

波特尔黑暗天空分类法

John E. Bortle　文　Shea　译
波特尔黑暗天空分类法　　你的夜空有多黑？对这一问题的精确回答有助于对观测场地进行比较。更重要的是，它有助于确定在这个观测地你的眼睛、望远镜或者照相机是否能达到它的理论极限。而且，当你记录一些天体的边缘细节时，例如，一条极长的彗尾、一片暗弱的极光或者星系中难以察觉的细节，你需要精确的标准来对天空状况进行评定。

[图片说明]：三角座中的三角星系（M33）是重要的黑暗天空“指示器”。一个已完全适应黑暗天空的观测者可以在4级以上的天空中看到用肉眼看到它。照片版权：Akira Fujii。

在互联网以及论坛中，我看到许多初学者（有时甚至是富有经验的观测者）的贴子，它们想知道如何对它们的天空质量进行评定。不幸的是，现今绝大多数的星空观测者从没有在真正黑暗的天空环境中观测过，因此他们缺乏一个参考框架来对当地的观测条件进行评价。许多人声称在“很暗”的观测地进行观测，但从他们的描述中我可以清楚的发现，他们所描述的天空仅只能算是一般的“暗”而已。现今大多数的观测者无法在合理的驾驶里程之内找到一个真正黑暗的观测地。因此，一旦能找到一个用肉眼就能看到6.0至6.3等恒星的半乡村地点，他们就认为已找到一个观测的极乐世界了！

30年前，从市中心驾车一小时就能找到一片真正黑暗的天空。而现在你通常则需要开上250公里或更多。在我的观测生涯中，我目睹了日渐严重的光污染一点点蚕食我们的星空。许多年前，在美国的东北部这片高度城市化的土地上，我曾见过近似纯美的天空。可是现在已不太可能了。

极限星等是不够的

业余天文学家通常使用肉眼所能见的最暗恒星的星等来评定他们的天空。然而，肉眼极限星等是一个比较粗糙的标准。它过于依赖个人的视觉能力，以及观测时间和对观测暗弱天体的能力。一个人眼中“5.5等的天空”在另一个人眼中可能是“6.3等的天空”。此外，深空天体观测者需要对恒星和非恒星天体的能见度进行评价。光污染会对弥散天体的观测造成影响，例如彗星、星云和遥远的星系。

为帮助观测者评定一个观测地的黑暗程度，我建立了一套含有9个等级的分类法。它基于我近50年的观测经验。可能它会使你感到有些惊讶，但我希望它对你会有所启示、有所帮助。如果它能被广泛的使用，它就能提供一个比较观测地的统一标准。同样，对研究人员也会有帮助。总之，我希望它能成为我们的得力助手。

评定你的天空

第1级：完全黑暗的天空。黄道光、黄道带以及对日照都能看到。黄道光达到醒目的程度，而且黄道带延伸到整个天空。甚至仅使用肉眼，三角座中的三角星系（M33）也是一个极为清晰的天体。天蝎座和人马座中的银河区域可以在地面上投下淡淡的影子。经过努力之后，肉眼的极限星等可以达到7.6至8.0等；天空中的木星或金星甚至会影响肉眼对黑暗的适应程度。气辉（一种一般出现在地平线上15°的天然辉光）也稳定可见。使用32厘米的望远镜，经过努力可以看到暗至17.5等的恒星，使用50厘米的望远镜在中等倍率下可以达到19等。如果你在由树木围绕的草地上观测，那你几乎无法看到你的望远镜、同伴和你的汽车。这里是观测者的天堂。

第2级：典型的真正黑暗观测地。沿着地平线气辉微弱可见。M33可以被很容易地看到。夏季银河具有丰富的细节，在普通的双筒镜中其最亮的部分看起来就像有着纹路的大理石。在黎明前或黄昏后的黄道光仍很明亮，可以投下暗弱的影子，与蓝白色的银河比较它呈现很明显的黄色。任何在天空中出现的云就好像是星空中的一个空洞。除非在星空的照耀下，你仅能模糊的看到你的望远镜和周围的事物。梅西叶天体中许多球状星团都是用肉眼就能直接看到的目标。肉眼的极限星等可达到7.1至7.5等，32厘米望远镜则可达到16至17等。

第3级：乡村的星空。在地平线方向有一些光污染的迹象。云在地平线处会被微微地照亮，但在头顶方向则是暗的。银河仍然富有结构，M4、M5、M15和M22等球状星团仍是肉眼明显可见的目标。M33也很容易被看到。黄道光在春季和秋季很明显，但它的颜色已难以辨别。距离你6到9米的望远镜已变得模糊。肉眼的极限星等可达到6.6至7.0等，32厘米反射望远镜则可达到16等。

第4级：乡村/郊区的过渡。在人口聚集区的方向光污染可见。黄道光较清晰，但延伸的范围很小。银河仍能给人留下深刻的印象，但是缺少大部分的细节。M33已难以看到，只有在地平高度大于50°时才勉强可见。云在光污染的方向被轻度照亮，在头顶方向仍是暗的。你能在一距离内辨认出你的望远镜。肉眼的极限星等可达到6.1至6.5等，32厘米望远镜在中等放大倍率下可以达到15.5等。

波特尔黑暗天空分类法
[图片说明]：在乡村或者乡村/郊区的过渡地区看到的冬季星座。冬季银河虽然可见，但并不壮观。这样的星空按照许多人的标准已经算是很好了，但是在波特尔的分类中只能名列第四或者第五。经过尝试之后还能看到更暗弱的恒星。版权：John Bianchi。

第5级：郊区的天空。仅在春秋季节最好的晚上才能看到黄道光。银河非常的暗弱，在地平向方向不可见。光源在大部分方向都比较明显，在大部分天空，云比天空背景要亮。肉眼的极限星等为5.6至6.0等，32厘米反射望远镜则为14.5至15等。

第6级：明亮郊区的天空。甚至在最好的夜晚，黄道光也无法被看到。仅在天顶方向的银河才能看见。天空中的地平高度35°以下的范围都发出灰白的光。天空中的云在任何地方都比较亮。你可以毫不费力的看到桌上的目镜和一旁的望远镜。没有双筒镜M33已不可能看到，对于肉眼来说仙女星系（M31）也仅仅是比较清晰的目标。肉眼极限星等为5.5等，32厘米望远镜在中等放大倍率下可以看到暗至14.0至14.5等的恒星。

第7级：郊区/城市过渡。整个天空呈现模糊的灰白色。在各个方向强光源都很清晰。银河已完全不可见。蜂巢星团（M44）或M31肉眼勉强可见且不十分明显。云比较亮。甚至使用中等大小的望远镜，最亮的梅西叶天体仍显得苍白。在真正的尝试之后，肉眼极限星等为5.0等，32厘米反射望远镜勉强可以达到14.0等。

第8级：城市天空。天空发出白色、灰色或橙色的光，你能毫不困难的阅读报纸。M31和M44只有在最好的夜晚才能被有经验的观测者用肉眼看到。用中等大小的望远镜仅能找到最亮的梅西叶天体。一些熟悉的星座已无法辨认或是整个消失。在最佳情况下，肉眼极限星等为4.5等，32厘米反射望远镜则为13等。

波特尔黑暗天空分类法
[图片说明]：第8或者第9级的星空所能看到的星座。版权：John Bianchi。

第9级：市中心的天空。整个天空被照的通亮，甚至在天顶方向也是如此。许多熟悉的星座已无法看见，巨蟹座、双子座等暗弱的星座根本看不到。也许除了昴星团，肉眼看不到任何的梅西叶天体。只有月亮、行星和一些明亮的星团才能给观星者带来一些乐趣（如果能观测到的话）。肉眼极限星等为4.0等或更小。
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论文《无锡城市夜空光度测量研究》下载

《无锡城市夜空光度测量研究》发表于2015年第4期《地理教学》杂志，作者为：沈昊、陆寅枫、张译昕、周明远、陆佳颖、沈新荣、肖明。

摘要：作为长三角地区的重要城市之一，无锡城区的光污染程度较为严重，但公众对此缺乏认识。本文通过使用专门的测光仪，对无锡城区整体的污染程度，不同区域、地平高度、方位角和时刻的污染水平进行了实地测量与分析，并对加强夜天光亮度监测以及改进城市路灯设计等进行了初步的探讨。

关键词：无锡；夜天光；光污染；测量

基金项目：本文系无锡市教育科学“十二五”规划2013年度立项课题《“项目研究”推动的“天文巡星工作室”建设研究》（课题主持人：肖明、沈新荣，课题批准号：C/D/2013/008）和中国教育学会地理教学专业委员会2014年普通高中地理研究性学习项目“无锡城市夜空光度测量”（项目号：GEORBL201410）的成果。

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