Studio della luminosità del cielo notturno

La brillanza del cielo notturno costituisce un ottimo indicatore per quantificare l’inquinamento luminoso; viene qui presentato un riassunto di una tesi di laurea in astronomia, che analizza l’andamento temporale dei valori di brillanza in due siti del Veneto nel periodo 2011-2015; in particolare per il sito di Nove (VI) si tratta della prima analisi organica dei dati.

Il monitoraggio dei livelli di luminosità del cielo notturno rivestono oggi sempre maggior importanza per molteplici aspetti scientifici.

La misurazione della luminosità tramite lo Sky Quality Meter (SQM) consente di registrare nel tempo a brevi intervalli il valore della magnitudine del cielo in magnitudini per arcsecondo quadrato (mag/arcsec²), permettendo di analizzare serie temporali e di confrontare i risultati ottenuti in siti a differente inquinamento.

L'analisi

Dal maggio 2011 all’agosto 2015 sono stati registrati e analizzati i valori dello Sky Quality Meter (SQM) dell’Osservatorio astronomico di Cima Ekar, sull’altopiano di Asiago (VI), a 1366 m s.l.m., e di quello di Nove (VI), a 77 m s.l.m., situato a circa 30 km di distanza da Asiago.

Tramite l’analisi statistica dei valori di magnitudine del cielo è possibile valutare e confrontare l’andamento dell’inquinamento luminoso nei due siti, nonché ipotizzarne l’andamento futuro.

Per l’elaborazione statistica sono stati considerati solamente i seguenti intervalli di magnitudine, corrispondenti a valori nelle notti di Luna nuova, per evitare il contributo della luce lunare, e nel contempo per eliminare il più possibile le notti con copertura nuvolosa estesa:

•per Cima Ekar i valori compresi tra 19,50 mag/arcsec² e 21,50 mag/arcsec²;
•per Nove i valori compresi tra 18,50 mag/arcsec² a 21,50 mag/arcsec².

Come indicatore statistico si utilizza il valore modale dell’istogramma dei valori di magnitudine mese per mese.

I risultati ottenuti, per l’osservatorio di Cima Ekar (Asiago-VI) e per quello di Nove (VI), sono di seguito riportati.

_{Valori modali delle magnitudini (in mag/arcsec2) registrate dall’SQM di Cima Ekar (VI)}

_{Valori modali delle magnitudini (in mag/arcsec²) registrate dall’SQM di Nove (VI)}

Note
Cima Ekar: aprile 2012 non può essere considerato a causa delle poche notti fotometriche a disposizione 
Nove: aprile 2013, ottobre 2013, gennaio 2014, giugno 2014, giugno 2015 non sono stati considerati a causa delle poche notti fotometriche a disposizione

Di seguito si riporta l’andamento temporale dei valori mensili registrati a Cima Ekar ed a Nove.

Figura 1- Andamenti Cima Ekar-Nove 2011-2015

Commento ai risultati

L’andamento della luminosità del cielo notturno dal 2011 al 2015 appare rimanere costante, attorno ad un valore medio di magnitudine di 20,68 mag/arcsec² per Cima Ekar e di 19,69 mag/arcsec² per Nove.
Il cielo notturno di Asiago sembra mostrare un lieve aumento di luminosità, nella misura di circa +2%, mentre Nove sembra tendere verso un cielo leggermente più buio (circa -3% di luminosità). Osservando l’andamento di Nove si notano, tuttavia, delle variazioni di tendenza nel tempo: tra la fine del 2012 e l’inizio del 2013 si osserva un primo “scalino” che tende verso valori di magnitudine più alti (cielo più buio), tra la fine del 2014 e l’inizio del 2015 si osserva un’inversione di tendenza verso valori più luminosi del cielo.
Con il passare degli anni aumenta la dispersione nei valori delle magnitudini di Cima Ekar (0,13 mag/arcsec²) mentre Nove mostra fin da subito un andamento irregolare con analoga dispersione che resta costante negli anni.
I grafici di Cima Ekar e Nove sono caratterizzati da correlazioni e anticorrelazioni mensili che sono probabilmente legate a fattori complessi, come per esempio le diverse caratteristiche dell’atmosfera alle diverse altitudini, variazioni climatiche, la diversa distribuzione delle luci locali, l’influenza di fattori quali la stagionalità turistica o la presenza di neve al suolo.

Oltre ad osservare, confrontare e provare a spiegare l’andamento della luminosità del cielo notturno negli anni nei due diversi siti, è interessante trovare un valore rappresentativo di magnitudine per ogni anno, in maniera da poter effettuare un controllo più immediato e veloce dell’andamento della luminosità, confrontando i singoli valori annuali.

Un primo approccio che richiederà ulteriori approfondimenti di tipo statistico ha utilizzato due diversi metodi con risultati non sempre sovrapponibili: il primo metodo consiste nel calcolare, per ogni anno, la media aritmetica dei valori modali registrati con gli istogrammi mensili, mentre il secondo consiste nel considerare il valore modale dell’istogramma annuale contenente tutti i valori di magnitudine, equivalente pertanto al valore di magnitudine con maggior frequenza assoluta durante l’anno.

I risultati ottenuti con i due diversi indicatori statistici sono riportati in tabella.

Tabella 3 – Valori annui rappresentativi Cima Ekar a confronto

Tabella 4 – Valori annui rappresentativi Nove a confronto

Si osserva come i valori modali annui presentino un andamento più regolare e meno dispersivo rispetto al valore medio delle mode mensili. I valori a confronto mostrano variazioni irrilevanti, cioè inferiori all’incertezza associata alla misura (dell’ordine di 0,10 mag/arcsec²), ad esempio l’anno 2012 per Cima Ekar e gli anni 2011, 2014 e 2015 per Nove, mentre nei restanti anni tali variazioni risultano superiori all’incertezza.

Conclusioni

Si può concludere osservando come la brillanza del cielo notturno ad Asiago ed a Nove dal 2011 all’agosto 2015 non mostri significativi cambiamenti.

C’è tuttavia l’indizio di un possibile aumento di luminosità, dell’ordine di qualche centesimo, nei due siti, sicuramente inferiore all’aumento del flusso luminoso degli impianti installati, che può essere quantificato dell’ordine di qualche percento.

Per il futuro sarà interessante approfondire lo studio della brillanza del cielo di questi ed altri siti, non solo per capire i meccanismi di diffusione della luce nell’atmosfera (in funzione della distanza dalle città, dell’angolo di osservazione, ecc.), ma anche per comprendere meglio come la diversa altitudine e posizione geografica influenzi l’andamento della brillanza del cielo notturno.

Estratto dalla tesi di Laurea in Astronomia di Angela Pomante, Università di Padova, Anno accademico 2014/2015.