Come misurare l’inquinamento luminoso

La luminosità del bagliore diffuso del cielo notturno – cioè la somma della componente naturale del bagliore diffuso e di quella dovuto all’inquinamento luminoso – può essere misurata anche da semplici dilettanti con strumenti quali il “Misuratore della qualità del cielo” (Sky Quality Meter, o SQM) oppure, visivamente, utilizzando la cosiddetta “Scala del cielo scuro” di Bortle.

Le nove classi della Scala di Bortle classificano l’oscurità del cielo notturno e la visibilità dei suoi fenomeni – come la Via Lattea, il Gegenschein (una debole luminosità visibile nel cielo nella direzione esattamente opposta al Sole, causata dalla riflessione della luce solare da parte delle particelle di polvere presenti nel Sistema Solare) e la luce zodiacale (facilmente mascherata dal bagliore diffuso del cielo) – fornendo una descrizione dettagliata di ogni livello sulla scala (la classe 1 è la migliore).

È anche possibile utilizzare lo smartphone per effettuare misure di luminosità del cielo notturno. L’applicazione Dark Sky Meter usa la fotocamera dell’iPhone per registrare la luminosità del cielo notturno, mentre l’app Loss of the Night – disponibile anche per Android – guida l’utente attraverso il cielo, poiché le misurazioni vengono effettuate con un diverso strumento sensibile: l’occhio umano.

Più in generale, quando si desidera una misurazione obiettiva dell’inquinamento luminoso del cielo notturno in un dato sito, i livelli di luce possono essere quantificati mediante la misurazione diretta (visuale o strumentale, ad es. fotoelettrica) del campo di luce oppure con la modellazione matematica, con risultati tipicamente visualizzati come una mappa di isofote (o mappa delle curve di livello di luce).

Al contrario, la misurazione della componente artificiale del bagliore del cielo su scala globale è una procedura complessa, poiché richiede la sottrazione del fondo di luminosità naturale. L’atmosfera, infatti, non è completamente scura, anche in assenza di fonti terrestri di luce e di illuminazione da parte della Luna. Ciò è dovuto a due fonti principali: la luminescenza notturna naturale e lo scattering della luce.

Infatti, a grandi altitudini – soprattutto sopra la mesosfera –, ci sono abbastanza radiazioni UV dal Sole di lunghezza d’onda molto breve da provocare la ionizzazione. Quando gli ioni si scontrano con particelle elettricamente neutre, si ricombinano e nel processo emettono fotoni, provocando la luminescenza notturna. Il grado di ionizzazione è abbastanza grande da consentire una costante emissione di radiazioni anche durante la notte, quando l’atmosfera superiore si trova nell’ombra della Terra.

Oltre ad emettere la luce, il cielo diffonde anche la luce in arrivo (è il fenomeno dello scattering, provocato da particelle piccole rispetto alla lunghezza d’onda della luce), soprattutto dalle stelle lontane e dalla Via Lattea, ma anche dalla cosiddetta “luce zodiacale”, cioè dalla luce del Sole che viene riflessa e sparpagliata dalle particelle di polveri interplanetarie presenti nei piani orbitali del Sistema Solare.

La quantità di luminescenza notturna naturale e di luce zodiacale è abbastanza variabile (a seconda dell’attività solare e del ciclo solare) ma, date delle condizioni ottimali, il cielo più scuro possibile ha una luminosità di circa 22-esima magnitudine / arcosecondo quadrato (un “arcosecondo quadrato” è un quadrato di cielo con un lato pari a un arcosecondo di grado).

La “magnitudine” è usata in astronomia come misura (logaritmica) della luminosità delle stelle e degli altri corpi celesti, con gli oggetti più brillanti che raggiungono valori negativi. Il Sole ha una magnitudine apparente di -27, la luna piena di -13, il pianeta più luminoso (Venere) di -5, e Sirio – la stella più brillante del cielo – di -1.5. Le stelle più deboli visibili a occhio nudo hanno magnitudine +6.

Se è presente la luna piena, la luminosità del cielo aumenta a circa la 18-esima magnitudine / arcosecondo quadrato, ovvero il cielo è circa 40 volte più luminoso del cielo più oscuro. Nelle zone densamente popolate, una luminosità del cielo di 17-esima magnitudine / arcosecondo quadrato non è rara, ed equivale a un cielo 100 volte più luminoso di quanto lo sia naturalmente.

Gli astrofili più esperti misurano la qualità del cielo – oltre che visivamente con la Scala di Bortle e strumentalmente con lo Sky Quality Meter o con altri sistemi più sofisticati – anche stimando la magnitudine limite zenitale visibile ad occhio nudo, cioè la luminosità delle stelle più deboli visibili sopra la propria testa. La magnitudine limite dei migliori siti osservativi italiani è dell’ordine di 6,3 (corrispondente grosso modo alla classe 3 di Bortle) – 6,6 (che corrisponde all’incirca alla classe 2 di Bortle).

Si noti che esiste anche un’utilissima formula di conversione fra il valore di qualità del cielo misurato strumentalmente con lo Sky Quality Meter e la magnitudine limite zenitale visibile ad occhio nudo, che dunque può essere usata per convertire il valore SQM in magnitudine limite o viceversa. È dunque ottima per chi non si accontenta di conoscere la sola classe di Bortle. La potete trovare qui.

 

Riferimenti bibliografici:

• Measuring Light Pollution, http://www.darksky.org/light-pollution/measuring-light-pollution
• Sky Quality Meter, http://www.unihedron.com/projects/darksky
• Light pollution in Southern Ontario, http://unihedron.com/projects/darksky/berry/berry.htm