Masterarbeit

Hintergrund und Motivation

Lichtverschmutzung – also das Aufhellen des Nachthimmels durch künstliche Beleuchtung – ist ein weltweites und wachsendes Problem. Sie beeinträchtigt nicht nur die Astronomie, sondern hat auch nachweisliche Folgen für Wildtiere, Ökosysteme und die menschliche Gesundheit. So wurden etwa bei Ratten Veränderungen im Stoffwechsel festgestellt, Grillen veränderten ihr Zirp Verhalten, Schmetterlinge werden von Kunstlicht angelockt, und beim Menschen steigt das Risiko, an Typ-2-Diabetes zu erkranken. Auch Seenökosysteme, Buchenwälder und Korallenriffe leiden unter dem künstlichen Licht der Nacht. Um besonders wertvolle Dunkelgebiete zu schützen und auszuzeichnen, verleiht die internationale Organisation DarkSky International (früher International Dark-Sky Association) verschiedene Zertifizierungen. Der Naturpark Weißbach strebt dabei die Zertifizierung als International Dark Sky Park an, während die Gemeinde Weißbach bei Lofer die Zertifizierung als International Dark Sky Community anstrebt. Die vorliegende Masterarbeit liefert die wissenschaftliche Grundlage für diese Bewerbungen.

Messmethoden und Werkzeuge

Da es kein universelles Messgerät für Lichtverschmutzung gibt, wurden in dieser Arbeit mehrere Methoden und Instrumente kombiniert: Das Sky Quality Meter (SQM-L und SQM-LU) misst die Helligkeit des Nachthimmels in Magnituden pro Bogensekunde zum Quadrat (mag/arcsec²) – ein gängiger Wert in der Forschung. Damit wurden sogenannte Roadrunner-Messungen durchgeführt: Mobile Messfahrten entlang festgelegter Strecken in und um den Naturpark, um ein flächendeckendes Bild der Nachthimmelsqualität zu erhalten. Das TESS-W (Telescope Encoder and Sky Sensor WiFi) ist ein fest installiertes, autonomes Photometer, das über Monate hinweg kontinuierlich Daten sammelt und direkt online abrufbar ist. Die Langzeitmessungen des TESS-W bilden das Herzstück der Auswertung. Mit einer DSLR-Kamera und einem Fischaugen-Objektiv wurden Weitwinkelaufnahmen des gesamten Himmels aufgenommen (sogenannte All-Sky-Bilder). Diese Bilder wurden anschließend mit der Software Sky Quality Camera (SQC) ausgewertet, um Lichtkuppeln – also helle Scheine am Horizont, die von nahen Städten und Ortschaften stammen – zu identifizieren und zu kartieren.

Ergänzend wurden Computersimulationen mit der Software SkyGlow erstellt, die auf Basis von Beleuchtungsdaten berechnen, wie stark das künstliche Licht aus der Umgebung den Nachthimmel aufhellt – auch unter verschiedenen meteorologischen Bedingungen.

Ergebnisse

Das zentrale Ergebnis der Arbeit ist eindeutig: Der Naturpark Weißbach bei Lofer erfüllt den erforderlichen Schwellwert für die Zertifizierung als International Dark Sky Park. Dieser liegt bei einer Nachthimmelshelligkeit von mindestens 21,20 mag/arcsec² – je größer der Wert, desto dunkler und damit naturnaher der Nachthimmel. Sowohl die Roadrunner-Messungen mit SQM-Geräten als auch die Langzeitdaten des TESS-W bestätigen diesen Wert. Dabei ist zu beachten, dass das TESS-W systematisch um 0,1 bis 0,3 mag/arcsec² hellere Werte anzeigt als ein SQM – würde man dies korrigieren, wäre das Ergebnis noch günstiger. Die mit der DSLR-Kamera aufgenommenen und mit der SQC Software ausgewerteten All-Sky-Bilder ermöglichten es, die Lichtkuppeln umliegender Ortschaften zu identifizieren und zu dokumentieren. Die SkyGlow-Simulationen zeigten, dass Wolken den Nachthimmel auf komplexe Weise beeinflussen: Entfernte Lichtquellen erscheinen unter bewölktem Himmel aufgrund von Einfachstreuung sogar dunkler, während nahe Lichtquellen den Himmel durch Wolken heller erscheinen lassen. Die aktuelle Version der Software kann diesen Effekt noch nicht vollständig modellieren, was eine wichtige Limitation darstellt.

Herausforderungen und Limitierungen

Eine der zentralen Erkenntnisse der Arbeit ist, dass Wolken die größte messtechnische Herausforderung darstellen. Sie verfälschen Messungen erheblich – in der vorliegenden Untersuchung wurden zwischen der ersten und zweiten Messnacht Unterschiede von über einer Magnitude festgestellt, allein aufgrund unterschiedlicher atmosphärischer Bedingungen. Auch Schnee, Nebel und Dunst beeinflussen die Messwerte stark. Die Wolkenerkennung bei TESS-W ist noch unzureichend: Das Gerät erkennt Wolken nur im eigenen Sichtfeld (Zenit), nicht aber am Horizont, wo sich streuende Wolken ebenfalls auf die Messung auswirken können. Für künftige Arbeiten wäre ein Gerät wünschenswert, das gleichzeitig Helligkeitswerte misst und All-Sky-Bilder aufnimmt.

Schlussfolgerung und Ausblick

Der Naturpark Weißbach bei Lofer kann auf Basis der vorliegenden Messungen die Zertifizierung als International Dark Sky Park bei DarkSky International beantragen. Die Arbeit zeigt zudem einen praxistauglichen Methodenbaukasten für andere Regionen auf: TESS-W für kontinuierliche Überwachung, Roadrunner-Messungen für Flächendeckung und SQC für die Kartierung von Lichtkuppeln. Simulationen mit SkyGlow können genutzt werden, um Gemeinden zu zeigen, wie sich Beleuchtungsumstellungen – etwa von Natriumdampf- auf LED-Lampen – auf den Nachthimmel auswirken würden. Für die Gemeinde Weißbach bei Lofer, die eine Zertifizierung als International Dark Sky Community anstrebt, sind eigene Messungen nicht zwingend erforderlich; hier steht die Umsetzung von Beleuchtungsrichtlinien im Vordergrund.