SkyBrightness.com – kontinuální monitoring jasu noční oblohy

[Tharos]

Přátelé tmavého nebe,

bylo tomu v roce 2024, kdy se na MŽP zrodila myšlenka vybudovat síť pro základní monitoring jasu noční oblohy, a s její pomocí pak alespoň nějakým způsobem monitorovat vývoj světelného znečištění v ČR. Za partnery si tehdy ministerstvo vybralo ČHMÚ a také Astronomický ústav, pod jehož záštitou projektu dodávám softwarové řešení.

V pilotní fázi projektu byly na přelomu listopadu a prosince 2024 osazeny tři stanice ČHMÚ kontinuálně měřícími jasoměry (modely SQM-LE od Unihedron) s tím, že pokud se vše osvědčí, síť bude následně výrazně rozšířena. Primárním cílem je sledování trendů a první zpracování dat, kterých ke dnešnímu dni máme již kontinuální roční časové řady, je na pořadu dne v prvním čtvrtletí 2026.

Jelikož jsem do řešení mohl dosti mluvit, nezahálel jsem a vytvořil nad iniciativou i jakousi otevřenou komunitní obálku, která je veřejně přístupná na adrese SkyBrightness.com. Již nyní tam můžete nalézt vždy aktuální měření ze zapojených stanic a na jejich detailech si můžete prolistovat i celou historii naměřených dat. Celý web je nyní předmětem aktivního vývoje a v krátké době bude mnohem sofistikovanější.

Mou otázkou nyní je, jak by nám, amatérům, takovýto projekt mohl být užitečný a co byste eventuálně na tom webu rádi měli. Jsem otevřen jakýmkoliv nápadům!

Zároveň bych pak chtěl dát vědět, že projekt je maximálně otevřený pro kohokoliv, kdo by rád přispíval měřením. Zapotřebí je jen SQM-LE doplněné o venkovní housing (investice v řádu několika tisíc Kč) a stanoviště s napájením (5-6V, může být PoE) a síťovou konektivitou. Instalace včetně nasměrování SQM na IP adresu serveru je pak práce na jedno odpoledne – mohu dodat podrobné pokyny. Projekt je každopádně otevřený i jiným typům měřících zařízení, klidně i vlastních. Zájemcům samozřejmě mohu poskytnout veškeré informace.

Na oplátku pak účastníkům nabízím nejen solidní „backend“ pro jasoměr jako takový, ale časem i aplikaci vyhodnocovacích modelů a vhled do vývoje situace na jejich lokalitě. V podstatě každý, kdo by se do měření byl ochotný zapojit, přispěje ke kvantifikaci problematiky, o kterou se eventuálně v budoucnu bude moci opřít i případná nová, světelné znečištění regulující legislativa.

Jsem otevřen veškerým připomínkám k projektu a pokud byste se někdo chtěli zapojit i do samotného měření, neváhejte mě kontaktovat (SZ nebo na e-mailu v.kohout@gmail.com). Děkuji moc!

[nou]

Keby to šlo možno tam pridať aj graf minimálneho jasu z každej noci.

[Tharos]

Tedy stránka, na které by byl přehled nejtmavších měření pro danou lokalitu napříč nějakým delším časovým obdobím. Výborný nápad!
Vyzkouším provedení formou jakési tabulky s barevným kódováním, protože použití grafu mi v této věci přijde o něco méně příhodné.

Díky za tip!

[Michal1]

Ještě bys mohl vyházet, nebo v grafu vyznačit, okamžiky, kdy nebyla astronomická noc nebo svítil Měsíc. Jednou jsem něco podobného programoval v Pythonu. Zde jsou relevantní příkazy:

Kód: Vybrat vše

import astropy.units as u
from astropy.time import Time
from astropy.coordinates import EarthLocation, AltAz
from astropy.coordinates import get_sun, get_body

location = EarthLocation(lat=42*u.deg, lon=15*u.deg, height=500*u.m)
times = Time(utc_time)
frame = AltAz(obstime=times, location=location)
sunaltaz = get_sun(times).transform_to(frame)
moonaltaz = get_body('moon',times).transform_to(frame)
not_night = sunaltaz.alt.value>-18
moon_up = moonaltaz.alt.value>0

[MilAN]

A šlo by i vyhodit, kdy tmavou noc dělají jen tmavé mraky ?

[Honza Ebr (honza42)]

Jakym způsobem řešíte zasírání toho vstupního okýnka? To je při každym dlouhodobym měření absolutního jasu naprosto největší problém.

Jelikož používáte SQM s malym úhlem měření, ale s fixním směrem, tak by taky bylo zajímavý odčítat automaticky nějakej model kontaminace hvězdama - při měření z ruky to moc nějde, ale ve fixnim směru je to efektivní.

[Tharos]

Michal1: Díky za použitelný útržek kódu. Ano, Astropy bude při práci s daty skoro jistě použité.

Analýza, která si bude klást za cíl popsat trendy, bude začínat radikální rejekcí měření, která byla narušena Sluncem, Měsícem a nebo počasím. Tím se vlastně zahodí drtivá většina naměřených dat, ale taková je realita tohoto počinu. Technicky by bylo možné měření, která neprobíhají za definovaných podmínek, vůbec neukládat, ale to, co ukládáme, je naprosto nenáročné na úložiště a jeden nikdy neví, komu se například měření počas oblačnosti mohou v budoucnu hodit: světelné znečištění samozřejmě není jen o viditelnosti hvězd, je i o zátěži, které antropogenní světlo vytváří na biosféru.

Ale zpět k otázce: postupně chci i do té online prohlížečky dat věci typu soumraky, výška Slunce, snad i meteo situaci, přidat. Začal jsem Měsícem – na detailu stanice už jeho výška nad obzorem je.

[Tharos]

MilAN: Pro jakékoliv smysluplné využití dat bude zohlednění meteo situace (čtěme oblačnosti) zásadní. Zde si slibujeme hodně od spolupráce s ČHMÚ, protože na jejich stanicích, která v této první vlně osazujeme, se vše potřebné měří. Některé dokonce disponují ceilometry měřící v zenitu, což je pro naše účely úplně ideální doprovodné zařízení.

Pokusím se informaci o počasí zohlednit nejen v analýzách (tam je to nezbytné), ale časem je v co největší míře přidat i do té online prohlížečky dat.

Kde pak nebudou ceilometry a ani pozorovatelé, zbývá ještě satelit. Bylo mi řečeno z družicového oddělení ČHMÚ, že Meteosat poskytuje jako odvozený produkt procentuální pokrytí oblačnosti pro libovolné stanoviště i čas (řešil jsem zatím jen ČR).

Věřím tedy, že téma oblačnosti se povede nějak uspokojivě podchytit.

[Tharos]

Honza Ebr: Údržbu zařízení v síti ČHMÚ si ústav plánuje vzít za své. Vytěží z toho, že na stanicích typicky slouží personál, který může jasoměry kontrolovat a případně servisovat. Já bych tomu chtěl jít naproti sledováním dat (strojovým), protože když na jasoměru přistane list nebo ptačinec, v datech se to prostě projeví. Každá lokalita by měla oscilovat v nějakém typickém jasovém rozmezí – za jasné noci a bez rušení. Jakékoliv vychýlení je podezřelé a může být podnětem ke kontrole jasoměru.

Dlouhodobě bychom pak síť systematicky kontrolovali nějakým referenčním SQM-L, abychom odhalili, pokud by se nějaký jasoměr z jakéhokoliv důvodu odchýlil od svého normálu.

Co se případných komunitních měření týče (jako si třeba já měřím na baráku), tak tam ta kvalita dat pravděpodobně nikdy nebude úplně stoprocentní. To bude nutné nějak vhodně zohlednit při práci s daty… Praxe myslím ukáže.

No a co se zohlednění přirozené složky jasu oblohy týče, tu deterministickou (v praxi tedy vliv Mléčné dráhy) bych moc rád v analýzách odečítal. V datech z Churáňova, tedy z tmavé lokality, je vliv Mléčné dráhy prostě výrazný a její odečet minimálně stojí za pokus.

Pro zajímavost připojuji, jak je aktuálně jakési předzpracování dat vymyšlené:

processing.png (110.27 KiB) Zobrazeno 772 x

[dvader]

Odkud chceš brát info o airglow?

[Tharos]

dvader: Popravdě airglow je tam uvedené spíš pro „kompletnost“ toho modelu a je otázka, zda na jeho korigování vůbec dojde.

Teoreticky by mělo jít využít skutečnosti, že airglow dominantně září jen na vybraných vlnových délkách, a s ohledem na výšku, ve které k záření dochází, se nejedná o vyloženě lokální jev. V ČR by tak mohly existovat třeba dvě strategicky umístěné měřící stanice, které by potřebu celé jasoměrné sítě v ČR mohly pokrýt.

Ono na většině stanovišť, kde se bude měřit, to asi bude trochu jedno, protože antropogenní složka jasu oblohy tam bude silně dominantní. Faktem ale zůstává, že v tmavých lokalitách (NP Šumava, Novohradské hory, Manětín, Podyjí…) už ale tohle přírodní záření nelze úplně opominout. Zejména trendy z takových míst bude asi důležité správně interpretovat: co by mohlo působit jako zlepšování/zhoršování situace by ve skutečnosti mohl být jen důsledek slunečního cyklu a jeho vlivu na jas airglow.

[Tharos]

Doplním ještě odkaz na existující realizaci měření airglow v popsaném duchu:
https://www.dst.defence.gov.au/sites/de ... tabase.pdf

[Michal1]

Uvažovali jste sledovat mraky pomocí infračerveného senzoru? Něco jako:
https://www.astroshop.eu/accessories/lu ... or/p,46531

[Honza Ebr (honza42)]

My sme si s různejma metodama určování oblačnosti hráli při zpracování dat z CTA site search.

Jedna možnost je IR čidlo teploty oblohy, druhá z fluktuací SQM hodnot - ani jedna nám nevycházela moc skvěle, ale ony to sou lokality, kde je obecně hrozně málo mraků, takže je to trochu zkreslený. Navíc to všechno byly tak tmavý místa, že pokud tam je zataženo, tak SQM měří 22.5+, což je v podstatě nulovej signál. Ale pro normální evropský lokality by ty fluktuace mohly bejt dost přímočarý řešení.

Kdyby ses chtěl podívat na to, co sme kolem toho dělali, tak nějaký slajdy jsou na konci týhle mojí prezentace https://pc048b.fzu.cz/~opisska/dump/meteo.pdf

[Tharos]

Když jsme začali měřit a viděl jsem první grafy, hned mě zaujalo, že z nich jsem v podstatě schopný říct, kdy bylo jasno a kdy ne. Přesně z té fluktuace dat. Ta by mohla selhat v momentě, kdy bude na stanovišti mlha, ale pak se zase odehraje jiný jev – na běžných stanovištích se jasové hodnoty rychle přesunou do světlých hodnot a naopak třeba na Churáňově spadnou k nějakým 22 haluz číslům. Je to takový ten „Bortleho“ efekt, zda je oblačnost světlejší nebo tmavší než obloha…

Každopádně, pro každé stanoviště by mělo být možné na základě nějakých referenčních nocí stanovit, v jakém rozsahu by se tam zhruba měl jas pohybovat. Výsledkem by mohla být heuristika (sledující tu fluktuaci a očekávanou absolutní hodnotu), která by při vhodném nastavení parametrů mohla být velmi dobře použitelná.

Na řadě stanic ČHMÚ jsou zmíněné ceilometry, takže máme o oblačnosti exaktní informaci (i historicky dostupnou). Tam, kde bude, ji samozřejmě použijme. Tam, kde není, slovy družicového oddělení existuje možnost vyhodnocení situace ze snímku z MSG. Dal bych tomu šanci, protože pokud by to bylo spolehlivé, lze tak učinit pro libovolné místo. No a na závěr je tu ta možnost heuristiky… Všechny metody by ideálně měly vést k podobnému rozhodnutí, zda dané měření lze použít nebo ne.

Samostatné IR čidlo by mohlo být cestou, ale cena toho čidla není úplně zanedbatelná. Navíc, pak už by součástí každé stanice nejspíš muselo být Raspberry nebo něco na ten způsob. Jistá krása SQM-LE je v jeho autonomii. Pokud by fungovaly metody výše, lepší by myslím bylo v rámci nějakého rozpočtu spíše pokrýt více míst než >méně míst, ale technicky vyspěleji<. Ve finále pak samozřejmě může být síť nějakým mixem: spousta samostatných SQM-LE a pak pár stanic třeba i s celooblohovkou, PC a tak…

Moc díky za podněty pánové!