Pencemaran cahaya

Pencemaran cahaya, juga dikenali sebagai pencemaran foto, adalah kehadiran cahaya antropogenik dan buatan dalam persekitaran malam. Ia diperburuk oleh kegunaan cahaya yang berlebihan, salah tuju atau menonjol, tetapi cahaya yang dipakai dengan teliti juga pada dasarnya mengubah keadaan semula jadi. Menjadi kesan sampingan utama pembandaran, ia dipersalahkan kerana menjejaskan kesihatan, mengganggu ekosistem dan merosakkan persekitaran estetik.

Kesan terhadap penggunaan tenaga

Penyokong pemuliharaan tenaga berpendapat bahawa pencemaran cahaya perlu ditangani dengan mengubah tabiat masyarakat, supaya pencahayaan digunakan dengan lebih cekap, dengan kurang sisa dan kurangnya penciptaan pencahayaan yang tidak dikehendaki atau tidak diperlukan. Beberapa kumpulan industri juga mengakui pencemaran cahaya sebagai isu penting. Sebagai contoh, Institusi Jurutera Lampu di United Kingdom memberikan ahli-ahlinya maklumat tentang pencemaran cahaya, masalah yang menyebabkannya, dan bagaimana untuk mengurangkan kesannya. Walaupun, kajian baru-baru ini menunjukkan bahawa kecekapan tenaga tidak cukup untuk mengurangkan pencemaran cahaya kerana kesan pengambulan. 
Memandangkan tidak semua orang berasa jengkel oleh sumber pencahayaan yang sama, adalah biasa jika "pencemaran" bagi sesetengah orang menjadi cahaya yang diinginkan untuk sesetengah yang lain. Satu contoh ini ditemui dalam pengiklanan, apabila pengiklan ingin lampu tertentu menjadi terang dan kelihatan, walaupun orang lain mendapatinya menjengkelkan. Pencemaran cahaya jenis lain adalah lebih jelas. Sebagai contoh, cahaya yang secara tidak sengaja melintasi sempadan tanah dan menjengkelkan jiran biasanya cahaya yang sia-sia dan mencemarkan. 
Pertikaian adalah masih biasa ketika memutuskan tindakan yang sesuai; dan perbezaan pendapat tentang cahaya yang bagaimana yang dianggap munasabah, dan siapa yang harus bertanggungjawab, membawa makna yang rundingan kadang-kadang berlaku antara beberapa pihak. Apabila pengukuran objektif diingini, tahap cahaya dapat diukur melalui pengukuran medan atau pemodelan matematik, dengan hasil yang biasanya dipaparkan sebagai peta isofot atau peta kontur cahaya. Pihak berkuasa juga telah mengambil pelbagai langkah untuk menangani pencemaran cahaya, bergantung kepada kepentingan, kepercayaan dan pemahaman masyarakat yang terlibat. Pelbagai tindakan hinggalah melaksanakan undang-undang dan peraturan yang ketat tentang bagaimana lampu boleh dipasang dan digunakan.

Jenis

Pencemaran cahaya disebabkan oleh penggunaan cahaya tiruan yang tidak berkesan, tidak menarik, atau (boleh dikatakan) tidak diperlukan. Kategori spesifik pencemaran cahaya termasuk pencerobohan cahaya, lebih pencahayaan, silau, selerakan cahaya, dan teja langit. Satu sumber cahaya yang menyinggung sering kali jatuh ke dalam lebih daripada satu kategori ini.

Pencerobohan cahaya

Pencerobohan cahaya berlaku apabila cahaya yang tidak diingini memasuki tanah milik seseorang, misalnya, apabila menyinari melepasi pagar jiran. Masalah pencerobohan ringan yang biasa berlaku apabila cahaya yang kuat memasuki tingkap rumah seseorang dari luar, menyebabkan masalah seperti kurang tidur. Beberapa bandar di Amerika Syarikat telah membangunkan piawaian untuk pencahayaan luar bagi melindungi hak-hak rakyat mereka terhadap pencerobohan cahaya. Untuk membantu mereka, Persatuan Langit Gelap Antarabangsa telah membangunkan satu set tatacara pencahayaan model. 
Persatuan Langit Gelap telah dimulakan untuk mengurangkan cahaya yang naik ke langit yang mengurangkan penampakan bintang. Ini merujuk kepada sebarang cahaya yang dipancarkan melebihi 90° di atas nadir. Dengan mengehadkan cahaya pada tanda 90° ini, mereka juga telah mengurangkan keluaran cahaya dalam lingkungan 80-90° yang mencipta kebanyakan masalah pencerobohan cahaya. 
Agensi persekutuan AS juga boleh menguatkuasakan piawaian dan memproses aduan dalam bidang kuasa mereka. Sebagai contoh, dalam kes pencerobohan cahaya oleh lampu strob putih dari menara komunikasi yang melebihi keperluan pencahayaan minimum FAA, Suruhanjaya Komunikasi Persekutuan mengekalkan pangkalan data Antena Struktur Pendaftaran Antena yang boleh digunakan oleh rakyat untuk mengenal pasti struktur yang melanggar dan menyediakan satu mekanisme untuk memproses pertanyaan dan aduan warga. Majlis Bangunan Hijau Amerika Syarikat (USGBC) juga telah memasukkan kredit untuk mengurangkan jumlah pencerobohan cahaya dan teja langit ke dalam bangunan bangunan mesra alam yang dikenali sebagai LEED. 
Pencerobohan cahaya dapat dikurangkan dengan memilih lekapan cahaya yang membatasi jumlah cahaya yang dipancarkan lebih dari 80° di atas nadir. Takrif IESNA termasuk potongan penuh (0%), potongan (10%), dan potongan separuh (20%). (Definisi ini juga termasuk batasan cahaya yang dipancarkan di atas 90° untuk mengurangkan teja langit.)

Selerakan cahaya

Selerakan cahaya merujuk kepada pengelompokan lampu berlebihan. Pengelompokan lampu mungkin menghasilkan kekeliruan, mengalihkan perhatian, dan berpotensi menyebabkan kemalangan. Selerakan amat ketara di jalan raya di mana lampu jalan yang dirancang dengan teruk, atau di mana iklan yang terang menyala di jalan raya. Bergantung pada motif orang atau organisasi yang memasang lampu itu, penempatan dan reka bentuk mereka juga boleh bertujuan untuk mengalihkan perhatian pemandu, dan boleh menyumbang kepada kemalangan.

Pengukuran dan kesan global

Mengukur kesan cahaya langit pada skala global adalah prosedur yang kompleks. Atmosfera semula jadi tidak sepenuhnya gelap, walaupun tanpa sumber cahaya dan pencahayaan dari Bulan. Ini disebabkan oleh dua sumber utama: teja udara dan cahaya terserak. 
Di ketinggian yang tinggi, terutamanya di atas mesosfera, terdapat sinaran UV yang mencukupi dari matahari dengan panjang gelombang yang sangat pendek yang mampu menyebabkan pengionan. Apabila ion berlanggaran dengan zarah-zarah neutral elektrik, mereka menggabungkan semula dan memancarkan foton dalam proses itu, menyebabkan udara bercahaya. Tahap pengionannya cukup besar untuk membolehkan radiasi pancaran berterusan walaupun pada waktu malam apabila atmosfera atas berada dalam bayang-bayang Bumi. Di bahagian bawah atmosfera, semua foton solar dengan tenaga di atas keupayaan pengionan N₂ dan O₂ telah diserap oleh lapisan yang lebih tinggi, maka, tidak ada pengionan yang ketara di lapisan tersebut. 
Selain daripada memancarkan cahaya, langit juga menyerakkan cahaya yang masuk, terutamanya dari bintang jauh dan Bima Sakti, dan juga cahaya zodiak, cahaya matahari yang dipantulkan dan diserak semula dari zarah debu antara planet. 
Jumlah teja udara dan cahaya zodiak adalah agak berubah (bergantung, antara lain pada aktiviti tompok matahari dan kitaran suria) tetapi, dalam keadaan yang optimum, langit paling gelap mempunyai kecerahan sekitar 22 magnitud/arkasaat persegi. Sekiranya terdapat bulan purnama, kecerahan langit meningkat kepada kira-kira 18 magnitud/arkasaat persegi bergantung pada ketelusan atmosfera tempatan, iaitu 40 kali lebih cerah daripada langit yang paling gelap. Di kawasan padat penduduknya kecerahan langit 17 magnitud/arkasaat persegi adalah biasa, atau sebanyak 100 kali lebih terang daripada alam semula jadi. 
Untuk mengukur betapa terangnya langit dengan tepat, imej satelit masa malam di bumi digunakan sebagai input mentah untuk jumlah dan intensiti sumber cahaya. Ini dimasukkan ke dalam model serakan fizik yang disebabkan oleh molekul udara dan aerosol untuk mengira kecerahan langit secara kumulatif. Peta yang menunjukkan kecerahan langit yang dipertingkatkan telah disediakan untuk seluruh dunia. 
Pemeriksaan kawasan sekitar Madrid menunjukkan bahawa kesan pencemaran cahaya yang disebabkan oleh satu konglomerasi besar boleh dirasakan sehingga 100 km (62 batu) dari pusat. Kesan global pencemaran cahaya juga jelas. Seluruh kawasan yang terdiri daripada selatan England, Belanda, Belgium, barat Jerman, dan utara Perancis mempunyai kecerahan langit sekurang-kurangnya 2-4 kali lebih tinggi dari biasa (lihat di atas kanan). Satu-satunya tempat di benua Eropah di mana langit dapat mencapai kegelapan semula jadi terletak di utara Skandinavia dan di pulau-pulau yang jauh dari benua.
Di Amerika Utara keadaan itu serupa. Terdapat masalah besar dengan pencemaran cahaya dari Wilayah Maritim Kanada ke Barat Daya Amerika. Persatuan Langit Gelap Antarabangsa berfungsi untuk menetapkan kawasan yang mempunyai langit malam bermutu tinggi. Kawasan-kawasan ini disokong oleh komuniti dan organisasi yang berdedikasi untuk mengurangkan pencemaran cahaya. Jabatan Bunyi Alam dan Langit Malam Semula Jadi Perkhidmatan Taman Negara telah mengukur kualiti langit malam di unit taman negara di seluruh AS. Kualiti langit di Amerika Syarikat dari suci (Taman Negara Capitol Reef dan Taman Negara Big Bend) hingga teruk yang teruk (Kawasan Rekreasi Negara Pergunungan Santa Monica dan Taman Negara Biscayne ). Pangkalan Data pemantauan Program Langit Malam Perkhidmatan Taman Negara AS boleh didapati dalam talian (2015).
Pencemaran cahaya di Hong Kong diisytiharkan 'paling buruk di planet' pada bulan Mac 2013. 
Pada bulan Jun 2016, dianggarkan satu pertiga daripada populasi dunia tidak lagi dapat melihat Bima Sakti, termasuk 80% rakyat Amerika dan 60% orang Eropah. Singapura didapati sebagai negara paling tercemar oleh cahaya di dunia.

Kesan terhadap kesihatan manusia dan psikologi

Penyelidikan perubatan mengenai kesan cahaya berlebihan pada tubuh manusia menunjukkan bahawa pelbagai kesan kesihatan yang merugikan mungkin disebabkan oleh pencemaran cahaya atau pendedahan cahaya yang berlebihan, dan beberapa buku teks reka bentuk pencahayaan menggunakan kesihatan manusia sebagai kriteria yang jelas untuk pencahayaan dalaman yang betul. Kesan kesihatan akibat pencahayaan yang terlalu tinggi atau komposisi cahaya spektrum yang tidak wajar mungkin termasuk: peningkatan sakit kepala, keletihan pekerja, tekanan yang ditakrifkan secara perubatan, penurunan fungsi seksual dan peningkatan perasaan cemas. Begitu juga, model haiwan telah dikaji yang menunjukkan cahaya yang tidak dapat dielakkan mampu menghasilkan kesan buruk terhadap perasaan dan kebimbangan. Bagi mereka yang perlu berjaga pada waktu malam, cahaya pada waktu malam juga mempunyai kesan akut pada kewaspadaan dan mood. 
Pada tahun 2007, "kerja peralihan yang melibatkan gangguan sirkadian" telah disenaraikan sebagai karsinogen yang mungkin oleh Agensi Antarabangsa untuk Penyelidikan Barah Pertubuhan Kesihatan Sedunia. (IARC Press release No. 180). Pelbagai kajian telah mendokumentasikan hubungan antara kerja shif malam dan peningkatan kejadian barah payudara dan prostat. Satu kajian yang mengkaji hubungan antara pendedahan kepada cahaya buatan pada waktu malam (ALAN) dan tahap barah payudara di Korea Selatan mendapati bahawa kawasan-kawasan yang mempunyai tahap tertinggi ALAN melaporkan jumlah kes barah payudara tertinggi. Seoul, yang mempunyai pencemaran cahaya tahap tertinggi, mempunyai 34.4% lebih banyak kes barah payudara daripada Ganwon-do, yang mempunyai pencemaran cahaya tahap terendah. Ini mencadangkan korelasi yang tinggi antara ALAN dan kelaziman barah payudara. Ia juga mendapati bahawa tiada kaitan antara jenis barah lain seperti barah serviks atau paru-paru dan tahap ALAN. 
Pada bulan Jun 2009, Persatuan Perubatan Amerika telah membangunkan dasar untuk menyokong kawalan pencemaran cahaya. Berita tentang keputusan yang menekankan silau sebagai bahaya kesihatan awam yang membawa kepada keadaan pemanduan yang tidak selamat. Terutama di kalangan orang tua, silau menghasilkan kehilangan kontras lalu mengaburkan penglihatan malam.

Gangguan ekosistem

Apabila cahaya tiruan mempengaruhi organisma dan ekosistem, ia dipanggil pencemaran cahaya ekologi. Walaupun cahaya pada waktu malam boleh memberi manfaat, neutral, atau merosakkan spesies individu, kehadirannya selalu mengganggu ekosistem. Sebagai contoh, sesetengah spesies labah-labah mengelakkan kawasan yang menyala, sementara spesies lain gemar untuk membina sarang labah-labah mereka secara langsung di atas tiang lampu. Disebabkan tiang lampu menarik banyak serangga terbang, labah-labah tersebut memperoleh keuntungan berbanding labah-labah yang mengelakkannya. Ini adalah contoh mudah cara di mana frekuensi spesies dan web makanan dapat terganggu oleh pengenalan cahaya pada waktu malam. 
Pencemaran cahaya menimbulkan ancaman serius khususnya kepada hidupan liar waktu malam, mempunyai kesan negatif terhadap fisiologi tumbuhan dan haiwan. Ia boleh mengelirukan navigasi haiwan, mengubah interaksi yang kompetitif, menukar hubungan pemangsa-mangsa, dan menyebabkan bahaya fisiologi. Ritma hidup dirancang oleh corak diurnal semula jadi cahaya dan gelap, jadi gangguan kepada pola ini memberi kesan kepada dinamik ekologi. 
Satu kajian 2009 juga menunjukkan kesan yang merosakkan ke atas haiwan dan ekosistem kerana usikan cahaya terkutub atau pengutuban tiruan cahaya (walaupun pada siang hari, kerana arah pengutuban semula jadi cahaya matahari dan pantulannya adalah sumber maklumat untuk banyak haiwan). Bentuk pencemaran ini dinamakan pencemaran cahaya terkutub (PLP). Sumber cahaya pengutuban yang tidak wajar boleh mencetuskan tingkah laku maladaptif dalam taksiran sensitif pengutuban dan mengubah interaksi ekologi. 
Lampu pada struktur tinggi boleh mengelirukan burung yang berhijrah. Anggaran oleh Perkhidmatan Ikan dan Hidupan Liar Amerika Syarikat tentang jumlah burung yang terbunuh selepas tertarik ke menara tinggi berkisar antara 4 hingga 5 juta setiap tahun kepada urutan magnitud yang lebih tinggi. Program Kesedaran Cahaya Fatal (FLAP) berfungsi dengan pemilik bangunan di Toronto, Ontario, Kanada dan bandar-bandar lain untuk mengurangkan kematian burung dengan mematikan lampu semasa tempoh penghijrahan. 
Disorientasi yang sama juga telah diperhatikan apabila spesies burung berhijrah berhampiran dengan fasiliti pengeluaran dan kemudahan penggerudian luar pesisir. Kajian yang dijalankan oleh Nederlandse Aardolie Maatschappij b.v. (NAM) dan Shell telah membawa kepada pembangunan dan percubaan teknologi pencahayaan baru di Laut Utara. Pada awal tahun 2007, lampu dipasang pada platform pengeluaran Shell L15. Eksperimen ini membuktikan kejayaan besar kerana bilangan burung yang mengelilingi platform menurun sebanyak 50 hingga 90%.
Anak penyu laut yang muncul dari sarang di pantai merupakan mangsa lain pencemaran cahaya. Kesalahfahaman umum bahawa penyu laut tertarik kepada bulan. Sebaliknya, mereka mencari lautan dengan bergerak menjauhi bayang gelap bukit pasir dan tumbuhan pantai, suatu tingkah laku yang kini terganggu oleh lampu tiruan. Aktiviti pembiakan dan fenologi pembiakan kodok, bagaimanapun, dipandukan oleh cahaya bulan. Anak burung laut juga mungkin dikelirukan oleh lampu kerana mereka meninggalkan sarang mereka dan terbang ke laut. Amfibia dan reptilia juga terjejas oleh pencemaran cahaya. Memperkenalkan sumber cahaya semasa tempoh gelap biasanya boleh mengganggu tahap pengeluaran melatonin. Melatonin adalah hormon yang mengawal fisiologi dan tingkah laku fotokala. Sesetengah spesies katak dan salamander menggunakan "kompas" yang bergantung kepada cahaya untuk mengarahkan corak penghijrahan mereka ke tapak pembiakan. Memperkenalkan cahaya tiruan juga boleh menyebabkan penyelewengan perkembangan, seperti kerosakan retina, pertumbuhan rencat, metamorfosis pramatang, mengurangkan pengeluaran sperma, dan mutasi genetik.

Kesan pada astronomi

Astronomi sangat sensitif terhadap pencemaran cahaya. Langit malam yang dilihat dari sebuah bandar tidak mempunyai persamaan dengan apa yang dapat dilihat dari langit gelap. Teja langit (serakan cahaya di atmosfera pada waktu malam) mengurangkan kontras antara bintang dan galaksi dan langit itu sendiri, menjadikannya lebih sukar untuk melihat benda-benda yan lebih malap. Ini adalah salah satu faktor yang menyebabkan teleskop yang lebih baru dibina di kawasan yang semakin pedalaman. 
Sesetengah ahli astronomi menggunakan sempit " penuras nebula ", yang hanya membenarkan gelombang cahaya tertentu yang biasanya dilihat dalam nebula, atau "penapis pencemaran cahaya" jalur lebar yang dirancang untuk mengurangkan (tetapi tidak menghapuskan) kesan pencemaran cahaya dengan menapis garis spektrum yang biasanya dipancarkan oleh lampu wap natrium dan lampu wap raksa, dengan itu meningkatkan kontras dan meningkatkan pandangan objek yang malap seperti galaksi dan nebula. Malangnya, turas pengurangan pencemaran cahaya (LPR) ini bukanlah penawar untuk pencemaran cahaya. Turas LPR mengurangkan kecerahan objek di bawah kajian dan ini mengehadkan penggunaan pembesaran yang lebih tinggi. Turas LPR berfungsi dengan menyekat cahaya pada panjang gelombang tertentu, yang mengubah warna objek, sering menghasilkan tona hijau yang jelas. Selain itu, turas LPR hanya berfungsi pada jenis objek tertentu (terutamanya nebula pancaran) dan kurang digunakan pada galaksi dan bintang. Tiada turas atau penapis boleh sepadan dengan keberkesanan langit gelap untuk tujuan visual atau fotografi. 
Pencemaran cahaya lebih menjejaskan penglihatan objek langit baur seperti nebula dan galaksi berbanding bintang, kerana kecerahan permukaan yang rendah. Kebanyakan objek sedemikian sudah tidak dapat dilihat di langit yang sangat tercemar di bandar-bandar utama. Kaedah mudah untuk menganggarkan kegelapan lokasi adalah mencari Bima Sakti, iaitu dari langit yang benar-benar gelap kelihatan cukup cerah untuk membentuk bayang. 
Selain teja langit, pencerobohan cahaya dapat memberi kesan kepada pemerhatian apabila cahaya buatan secara langsung memasuki tiub teleskop dan terpantul dari permukaan bukan-optik sehingga akhirnya mencapai kanta mata. Bentuk pencemaran cahaya langsung ini menyebabkan gangguan cahaya merentasi medan pandangan, yang mengurangkan kontras. Pencerobohan cahaya juga menyukarkan pemerhati visual untuk cukup disesuaikan dengan kegelapan. Langkah-langkah yang biasa untuk mengurangkan silau ini, jika tidak dapat mengurangkan cahaya secara langsung, termasuk pengelompokan tiub teleskop dan aksesori untuk mengurangkan pantulan, dan meletakkan perisai cahaya (juga boleh digunakan sebagai perisai embun) pada teleskop untuk mengurangkan cahaya masuk dari sudut selain daripada yang berhampiran sasaran. Di bawah keadaan ini, sesetengah ahli astronomi lebih suka melihat di bawah kain hitam untuk memastikan penyesuaian maksimum kepada gelap.

Meningkatkan pencemaran atmosfera

Satu kajian yang dipersembahkan pada mesyuarat Kesatuan Geofizik Amerika di San Francisco mendapati bahawa pencemaran cahaya memusnahkan nitrat radikaldengan itu menghalang pengurangan atmosfera malam yang diakibatkan oleh kabut atmosfera yang dihasilkan oleh asap dari kereta dan kilang. Kajian itu disampaikan oleh Harald Stark dari Pentadbiran Lautan dan Atmosfera Negara.

Pengurangan pengutuban langit semula jadi

Pada malam hari, pengutuban langit oleh bulan terang sangat dikurangkan dengan kehadiran pencemaran cahaya bandar, kerana cahaya bandar yang bertaburan tidak terlalu terkutub. Lampu bulan terkutub tidak dapat dilihat oleh manusia, tetapi dipercayai digunakan oleh banyak haiwan untuk navigasi.

Meningkatkan lampu

Penggunaan lampu pencahayaan potongan penuh, sebanyak mungkin, disokong oleh kebanyakan kempen untuk mengurangkan pencemaran cahaya. Ia juga biasanya disyorkan bahawa lampu dijarakkan dengan tepat untuk kecekapan maksimum, dan jumlah lampu yang digunakan serta watt setiap lampu sepadan dengan keperluan aplikasi tertentu (berdasarkan piawai reka bentuk lampu tempatan). 
Lekapan potongan penuh pertama kali diperoleh pada tahun 1959 dengan pengenalan lekapan M100 General Electric. 
Lekapan potong penuh, apabila dipasang dengan betul, mengurangkan kemungkinan cahaya melepasi ke atas garis datar. Cahaya yang dilepaskan di atas garis datar kadang-kadang dapat menyalakan sasaran yang diharapkan, tetapi seringkali tidak berfungsi. Apabila ia memasuki atmosfera, cahaya menyumbang kepada teja langit. Sesetengah kerajaan dan organisasi kini sedang mempertimbangkan, atau telah melaksanakan, lekapan potongan penuh di lampu jalan dan lampu stadium. 
Walau bagaimanapun, dengan menggunakan takrif "pencemaran cahaya" dari beberapa undand-undang serantau Itali (iaitu, "setiap sinaran cahaya tiruan di luar kawasan kecekapan dan terutamanya ke atas langit") hanya reka bentuk potongan penuh yang menghalang pencemaran cahaya. Wilayah Itali Lombardy, di mana hanya reka bentuk potongan penuh dibenarkan (Akta No. 17/2000 Lombard), pada tahun 2007 mempunyai penggunaan tenaga per kapita terendah untuk pencahayaan awam di Itali. Perundangan yang sama juga mengenakan jarak minimum antara lampu jalan kira-kira empat kali ketinggian mereka, jadi potongan penuh lampu jalan adalah penyelesaian terbaik untuk mengurangkan kedua-dua pencemaran cahaya dan penggunaan kuasa elektrik.