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- 2011년-2022년까지 구름 없는 하늘에서 이루어진 5만1000개 이상의 관찰 데이터를 평가
- 더 짧은 파장의 빛을 가진 LED로의 전환 이유가 크다.
- 위성은 하늘을 향해 위쪽으로 향하는 빛에 가장 민감, 하늘빛의 대부분은 수평 방출 빛
- 250개의 별이 보이는 곳에서 태어난 아이는 18세가 될 때까지 100개의 별만 볼 수 있다

밤하늘이 빠르게 밝아지고 있다.
빛 공해로 인한 미광은 매년 거의 10%씩 증가하고 있다.

간신히 보이는 별:
지난 10년 동안 빛 공해가 계속해서 급속도로 악화되고 있다고 시민 과학 프로젝트가 밝혔다. 이에 따르면 밤하늘의 밝기는 전 세계적으로 매년 약 9.6%씩 증가하는데, 이는 위성 데이터를 기반으로 추정한 것보다 훨씬 많은 수치이다. 이에 대한 이유 중 하나는 팀이 "Science"에서 보고한 것처럼 더 짧은 파장의 빛을 가진 LED로의 전환이 증가하고 있기 때문일 수 있다. 

▲ 빛 공해가 계속해서 빠르게 증가하기 때문에 은하수를 볼 수 있는 곳이 점점 줄어든다. © NOIRLab/NSF/AURA, P. Marenfeld

사람은 밤을 낮으로 만든다. 거리, 건물 및 산업 공장의 조명은 주변 환경뿐만 아니라 밤하늘도 밝게 비춘다. 그 결과 세상의 밤은 정말 어두운 곳이 거의 없으며 인류의 약 80%가 부자연스럽게 밝은 밤하늘 아래에서 살고 있다. 어둡고 멀리 떨어진 곳에 있는 망원경도 이제 빛 공해로 어려움을 겪고 있다.

조치가 달성된 것이 있을까?

이것은 천문학뿐만 아니라 우리의 건강과 자연에도 영향을 미친다. 무엇보다도 번식, 많은 동물의 먹이 포획 및 이동, 야행성 곤충에 의한 식물의 수분을 방해한다. 따라서 빛 공해에 대한 조치가 이미 많은 국가에서 도입되었다. 가로등은 더 강력하게 차폐되었으며 많은 주황색 나트륨 증기 램프가 보다 경제적인 LED 램프로 교체되었다.

그러나 이전에는 측정하기 어렵기 때문에 이러한 조치가 산란광을 줄였는지 불분명했다. 독일 포츠담 지구과학연구소(GFZ)의 크리스토퍼 키바(Christopher Kyba)와 그의 동료들은 "현재 산란광과 관련하여 지구 전체를 모니터링할 수 있는 유일한 위성은 해상도와 감도가 제한되어 있으며 파장이 500nm(나노미터) 미만인 빛을 감지할 수 없다"고 설명했다. 결과적으로 백색 LED의 단파 빛은 위성을 빠져나간다.

▲ 그림 1. 2014년 밤하늘 밝기의 함수로 Globe at Night 참가자가 추정한 육안 제한 크기. 하늘 밝기 계수(SBF)는 총 광도 대 자연 광도의 비율이므로 SBF = 1은 별빛을 나타내고 SBF = 10(log10으로 표시됨) SBF = 1)은 하늘이 별빛보다 10배 밝음을 나타낸다(각각 log10SBF = 0 및 1로 표시됨)(26). 관계는 2011년(녹색 사각형), 2021년(파란색 삼각형) 및 2011년부터 2022년까지의 모든 연도 평균(회색 원)에 대해 표시된다. NELM 값이 작을수록 더 적은 수의 별이 표시된다. 선은 log10의 데이터에 맞는 선형 모델을 나타낸다. SBF >0.5, 별빛보다 ~3배 밝음에 해당한다. 음영 영역은 95% 신뢰 구간 (출처: 관련논문 Citizen scientists report global rapid reductions in the visibility of stars from 2011 to 2022 / Science / 19 Jan 2023 Vol 379, Issue 6629)

"Globe at Night": 하늘에 몇 개의 별이 보이나요?

대안은 있다:
2006년부터 진행되고 있는 시민 과학 프로젝트 "Globe at Night"이다. 여기에서 자원봉사자들은 밤하늘을 관찰한 다음 앱이나 온라인 양식을 사용하여 하늘에서 본 것과 가장 일치하는 8개의 별 지도를 표시한다. 지도는 빛 공해의 다양한 수준과 이에 따라 별이 더 많거나 적게 보이는 하늘을 보여준다. Kyba는 "개인의 기여는 우리가 완전히 새로운 연구 접근 방식을 취할 수 있게 해주는 글로벌 센서 네트워크처럼 함께 작동한다"고 말했다.

연구를 위해 그와 그의 팀은 2011년부터 2022년까지 구름 없는 하늘에서 이루어진 5만1000개 이상의 관찰 데이터를 평가했다. 그들은 전 세계적으로 1만9262개 지역을 대표하며 대부분은 북미와 유럽에 있다. 이 데이터와 글로벌 모델에서 연구원들은 하늘의 밝기와 최근 몇 년 동안 어떻게 변했는지 결정했다.

▲ 밤의 캘거리와 같은 많은 도시는 오늘날 다소 희끄무레한 LED 조명으로 특징지어진다. © Earth Science and Remote Sensing Unit, NASA/JSC, Georeferenzierung GFZ

예상보다 더 큰 밝기 증가

그 결과 야간 산란광은 감소하지 않았고 지난 10년 동안 극적으로 증가했다. 유럽에서는 야간 확산 하늘 밝기가 매년 약 6.5%, 북미에서는 최대 10.4% 증가했다고 데이터가 밝혔다. 전 세계적으로 평균적으로 산란광의 증가는 연간 약 9.6%이다. 이는 이전에 위성 측정으로 결정된 것보다 거의 5배 더 많은 것이다.

특히 인구 밀도가 높은 지역에서는 밤이 빠르게 밝아지고 있다. 별이 빛나는 하늘이 눈에 띄게 밝아진다. Kyba와 그의 동료들은 "이는 18세의 어린 시절 동안 밤하늘이 4배로 밝아진다는 것을 의미한다"며 "이대로 발달하면 250개의 별이 보이는 곳에서 태어난 아이는 18세가 될 때까지 100개의 별만 볼 수 있다”고 설명했다.

단파 LED는 더 파괴적

팀은 관측 데이터와 위성 측정 간의 차이를 여러 요인에 기인한다. 하나는 산란된 빛의 전파 방향이다. "위성은 하늘을 향해 위쪽으로 향하는 빛에 가장 민감하다"고 Kyba는 설명했다. "하지만 하늘빛의 대부분을 차지하는 것은 수평으로 방출되는 빛이다. 그래서 광고나 가로등이 더 잦아지고, 더 커지고, 더 밝아지면 위성영상에 반영되지 않고 큰 영향을 미칠 수 있다”고 말했다.

두 번째 요인은 나트륨 증기 램프에서 LED로의 전환이다. Kyba는 "사람의 눈은 밤에 단파 빛에 더 민감하기 때문에 LED는 하늘의 밝기에 대한 인식에 큰 영향을 미친다"고 말했다. "따라서 이것은 또한 위성 측정과 '밤의 지구본'의 일부로 이루어진 관측 사이의 불일치에 대한 이유가 될 수 있다.“

참여: "Globe at Night" 계속

연구원들은 그들의 결과에서 두 가지 주요 결론을 도출했다. 한편으로는 LED로의 전환에도 불구하고(혹은 그 때문에) 밤하늘의 빛 공해가 계속해서 급속히 악화되고 있다. "반면에 우리는 시민 과학(Citizen Science) 데이터가 이전 측정 방법에 중요한 추가 사항임을 입증할 수 있었다"고 Kyba는 말했다. 그와 그의 팀은 앞으로 더 많은 사람이 "Globe at Night" 프로젝트에 참여하기를 희망한다.

지금까지 세계에서 더 가난하고 인구 밀도가 낮은 지역의 데이터는 거의 없었기 때문이다. 공동 저자인 NOIRLab의 애리조나주 NOIRLab의 콘스탄스 워커(Constance Walker)는 "우리가 더 광범위하게 참여했다면 다른 대륙과 개별 주 및 도시의 추세를 식별할 수 있었다"며 "프로젝트가 아직 완료되지 않았으니 오늘 밤 확인하고 무엇을 보는지 알려주십시오!”라고 말했다.
(Science, 2023; doi:10.1126/science.abq7781)
출처: National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory(NOIRLab), Helmholtz Center Potsdam – GFZ 독일 지구과학 연구 센터

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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