[论文解读] LA Palma Night-Sky Brightness

Chris Benn, Sara L. Ellison|ArXiv.org|Sep 9, 1999

Impact of Light on Environment and Health参考文献 5被引用 67

一句话总结

本研究利用1987年至1996年在拉帕尔马天文台拍摄的427张CCD图像，测量了无月夜空的亮度，发现太阳活动极小期时，天空亮度的中位数为B = 22.7，V = 21.9，R = 21.0 mag arcsec⁻²，光污染在V和R波段贡献不足0.10 mag。结果证实拉帕尔马作为优质暗夜站点，人工天空辉光极低，主要归因于严格的光污染控制措施。

ABSTRACT

The brightness of the moonless night sky above La Palma was measured on 427 CCD images taken with the Isaac Newton and Jacobus Kapteyn Telescopes on 63 nights during 1987 - 1996. The median sky brightness at high elevation, high galactic latitude and high ecliptic latitude, at sunspot minimum, is B = 22.7, V = 21.9, R = 21.0, similar to that at other dark sites. The main contributions to sky brightness are airglow and zodiacal light. The sky is brighter at low ecliptic latitude (by 0.4 mag); at solar maximum (by 0.4 mag); and at high airmass (0.25 mag brighter at airmass 1.5). Light pollution (line + continuum) contributes < 0.03 mag in U, approximately 0.02 mag in B, approximately 0.10 mag in V, approximately and 0.10 mag in R at the zenith. This paper is a summary of results which are presented in full elsewhere (Benn & Ellison 1998, La Palma Technical Note 115).

研究动机与目标

• 量化拉帕尔马天文台这一优质暗夜站点的本底亮度与人工光污染的贡献。
• 评估太阳活动、空气质量和地理位置对天空亮度的影响。
• 评估本地及区域光源对天空辉光的贡献。
• 将拉帕尔马的天空亮度与其它暗夜站点进行比较，并评估其是否符合国际天文学联合会（IAU）暗空标准。

提出的方法

• 利用1987年至1996年间在63个光度观测夜拍摄的427张CCD图像，通过伊萨克·牛顿望远镜和雅各布斯·卡普坦望远镜测量天空亮度。
• 选取无恒星、星云、宇宙射线及CCD缺陷的区域，以准确测量天空背景。
• 采用van Rhijn公式模拟空气辉光强度随天顶距离（空气质量）的变化。
• 应用Garstang模型，基于人口数量和距离估算附近城镇与岛屿对光污染的贡献。
• 分析夜空光谱中的光谱特征，以分离空气辉光（如OH带、NaD线）、黄道光及人工辐射（Hg、Na线）的贡献。
• 计算NaD与Hg线的等效宽度，以直接估算光污染引起的线发射贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在太阳活动极小期，拉帕尔马在高黄道和银道纬度区域的夜空亮度中位数是多少？
• RQ2 天空亮度如何随太阳活动、空气质量和黄道纬度变化？
• RQ3 人工光污染对U、B、V和R波段天空亮度的贡献是多少？
• RQ4 拉帕尔马的天空亮度与其它暗夜站点相比如何？是否符合IAU暗空标准？
• RQ5 撒哈拉沙尘等大气条件在多大程度上影响天空亮度？

主要发现

• 在太阳活动极小期（1994–1996年），拉帕尔马在高海拔及高银道/黄道纬度区域的天空亮度中位数为B = 22.7 ± 0.03，V = 21.9 ± 0.03，R = 21.0 ± 0.03 mag arcsec⁻²。
• 在黄道面处，天空亮度比黄极处增加0.4 mag；在太阳极大期，相比太阳极小期，亮度也增加0.4 mag。
• 在空气质量1.5（天顶距离约45°）时，由于大气路径变长，天空亮度增加0.25 mag。
• 光污染对U波段连续谱的贡献小于0.03 mag，B波段约为0.02 mag，V和R波段约为0.10 mag（在天顶处）。
• 总光污染贡献远低于IAU推荐的0.1 mag暗夜站点阈值，表明光污染控制措施非常有效。
• I波段（20.0 mag arcsec⁻²）的天空亮度主要由OH发射带主导，其亮度在一夜之间可变化达两倍。