[논문 리뷰] The artificial sky brightness in Europe derived from DMSP satellite data

P. Cinzano, Fabio Falchi외 2명|arXiv (Cornell University)|1999. 10. 20.

Impact of Light on Environment and Health인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 DMSP 위성 데이터를 사용하여 유럽 전역의 인공 천체 밝기 분포를 약 1km 해상도로 매핑한다. 빛 오염을 평가하기 위해 주변 영역의 상향 방출 빛 유량을 통합하고, 대기 투과, 산산이 흩广大群众, 지구의 곡률, 에어로졸 농도를 고려한다. 주요 기여는 유럽 전역에서 환경 및 천문학적 모니터링을 위해 사용할 수 있는 고해상도, 물리 기반의 천체 빛 번개 지도를 제공하는 것이다.

ABSTRACT

We present the map of the artificial sky brightness in Europe in V band with a resolution of approximately 1 km. The aim is to understand the state of night sky pollution in Europe, to quantify the present situation and to allow future monitoring of trends. The artificial sky brightness in each site at a given position on the sky is obtained by integration of the contributions produced by every surface area in the surroundings of the site. Each contribution is computed taking into account based on detailed models the propagation in the atmosphere of the upward light flux emitted by the area and measured by the Operational Linescan System of DMSP satellites. The modelling technique, introduced and developed by Garstang and also applied by Cinzano, takes into account the extinction along light paths, a double scattering of light from atmospheric molecules and aerosols, Earth curvature and allows to associate the predictions to the aerosol content of the atmosphere.

연구 동기 및 목표

• 위성 관측을 통해 유럽 전역의 야간 천체 오염 상태를 정량화하기 위해.
• 상향 빛 방출량으로부터 인공 천체 밝기를 예측하는 물리 기반 모델을 개발하기 위해.
• 공간적으로 분해능이 높은 지도를 통해 장기적인 빛 오염 추세 모니터링을 가능하게 하기 위해.
• 대기 조건, 특히 에어로졸을 포함한 천체 빛 번개 전파에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 천문학자, 환경 과학자 및 정책 입안자들을 위한 기준 데이터셋을 제공하기 위해.

제안 방법

• 지구 표면의 상향 빛 유량을 측정하기 위해 DMSP 운영선형스캔 시스템(OLS) 위성 데이터를 사용한다.
• 가르스타ング의 대기 빛 전파 모델을 적용하여 인공 빛이 대기 중에서 어떻게 산산이 흩广大群众하고 감쇠되는지 시뮬레이션한다.
• 모든 주변 표면 영역의 기여를 통합하여 각 관측 지점에서의 천체 밝기를 계산한다.
• 모델에 대기 투과, 분자 및 에어로졸에 의한 단일 및 이중 산산이 흩广大群众, 지구 곡률을 포함한다.
• 측정된 빛 유량과 대기 에어로졸 농도를 기반으로 예측값을 校정하여 정확도를 향상시킨다.
• 유럽 전역에 걸쳐 약 1km 공간 해상도의 V-대역 천체 밝기 지도를 생성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유럽 전역에서 인공 천체 밝기의 공간 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 대기 산산이 흩广大群众 및 투과는 인공 빛이 야간 하늘로 전파되는 데 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 에어로졸 농도가 천체 빛 번개 수준에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ4 위성 데이터는 어떻게 대륙 규모의 빛 오염을 모델링하고 지ap 맵핑하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ5 다양한 지형 영역이 특정 관측 지점에서의 천체 빛 번개에 기여하는 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• 이 연구는 유럽 전역에서 V-대역 기준으로 약 1km 해상도의 첫 번째 고해상도 인공 천체 밝기 지도를 제작한다.
• 도시 및 근교 지역은 자연 천체 배경보다 10배 이상 높은 천체 밝기 값을 보이며, 주요 도시 근처에서 최고치를 기록한다.
• 대기 산산이 흩广大群众, 특히 에어로졸에 의한 다중 산산이 흩广大群众이 선형 시야 외 기여보다 천체 빛 번개를 크게 증가시킨다.
• 지상 측정값과의 검증을 통해 모델이 관측된 천체 빛 번개 패턴을 정확하게 재현한다.
• 지도는 유럽 인구의 80% 이상이 빛 오염 천체 밝기 상태에 놓여 있으며, 많은 지역에서 자연 천체 배경의 10% 이상을 초과하는 것으로 드러났다.
• 위성 데이터와 대기 모델을 활용하여 빛 오염 추세를 모니터링하고 예측할 수 있음을 입증한다.