빛공해란?

Section1 (플로리다 아틀란틱대 천문대) │ Section2 (조명박물관)

  • 후원 : FLORIDA ATLANTIC UNIVERSITY OBSERVATORY
    협력 및 번역 : Eric Vandernoot (Atlantic Observatory), Han Soul Lee (Florida Atlantic University Physics Department)

     

    빛공해란
    인공적으로 만들어진 야외조명의 과도, 불필요적 빛소비를의미합니다. 빛공해가 천문학에 미치는 영향은 두가지로 나뉩니다.

    "작고 어두운 천문적 물체를 관찰하기 힘들어집니다." "분광학(Spectroscopy,分光學)을 하기 힘들어집니다"

    Figure 1.
    빛공해를 나타내는 세계지도, 빛공해는 정도는 밝기로 표기되어있습니다. 밝을수록 더욱 강력한 빛공해 현상을 의미합니다.
    천광(天 光)현상이란 도시와 시내 밤하늘에 빛나는 오렌지색 빛을 의미합니다. 천광현상은 지상 혹은 다른 근원에서 온 빛이 반사되어 대기 중의 분자에 의해 산재되는 현상입니다. 자연적으로도 밤하늘은 완전히 어두울수없습니다. 태양계의 먼지로 인해 산재된 태양빛과 초고층대기의 여기(勵起) 산소에 의해 자연적 천광현상이 일어납니다. 하지만 인공적 천광현상은 오랜세월 인구밀도가 높은 도시에서부터 시작되어 점점 늘어나고 있습니다. 아래의 세계 지도를 보면 빛공해 현상의 강도가 국가별로 드러납니다.



  • 인구밀도가 높은 지역일수록 비효율적으로 디자인된 조명 기구가 흔히 발견됩니다.

    불빛이 직접적으로 상공으로 비춰짐으로써 인공적 천광현상,빛공해를 유발하고 빛이 불필요한 곳에 사용되거나 필요한 것보다 과도한 양의 빛이 사용되는 것입니다.

    보기의 사진들은 비효율적인 조명기구들로 인해 유발된 빛공해 및 인공천광 현상입니다.


    Figure 2.
    왼쪽 사진은 2013년 2월 12일에 찍힌 헨더슨 경기장의 사진입니다.
    비효율적으로 디자인된 조명과 과도한 빛밝기로 인해 하늘에 인공적 천광현상을 일으키며 빛공해를 유발하고있습니다.


    Figure 3.
    왼쪽 사진은 2011년 9월 13일에 찍힌 위 사진과 같은 장소입니다.
    과도한 빛으로 인해 보름달(옆의오렌지색구형)초자 보기 힘겨워보입니다.
    위사진과 이 사진에 불빛 앞에 있는 건물을은 학생들이머무는 기숙사입니다. 과도한 빛으로인해 학생들은 수면을 방해받습니다.

    이와같은 인공천광현상의 증가는 육안으로 볼 수 있는 별의 수를 감소시키기 충분하고, 천문적 사물들을 보기 더욱 힘들게 합니다. 빚공해로 인해 이제 네뷸러 (성운,星雲)나 은하(galaxy,銀河)같은 별들과 천체를 관찰하기 더욱 힘겨워집니다.


    Figure 4.
    오리온별자리의 사진. 왼쪽사진은 어두운 밤하늘아래에서의 시야이고 오른쪽은 유타주 오렘도시에서 2008년도에 찍힌 사진



    천문학자들은 물론 별을 좋아하는 일반인들에게 인공천공 현상으로 인한 빛공해는 천문적 관측과 연구에 큰 영향을 줍니다. 빛공해에 의해 천문학자들은 어쩔수없이 관측에 영향을 받은 체 연구를 진행하거나 어두운 밤하늘을 위해 자꾸 깊은 산속으로 이동하기 시작했습니다. 때문에 최근에 지어지는 전문,연구용 천문대와 천체망원경들은 칠레,아리조나, 하와이, 카나리아 섬 같은 더욱더 도시로부터 외진 곳들에 위치하게 되었습니다.

    분광학(Spectroscopy)은 천문학에서 가장 중요한 기구로써 천문적 물체의 많은 정보를 제공합니다. 분광학으로 별 혹은 은하같은 천문적 물체에서 제공된 스팩틀럼을 연구함으로 관측된 물체의 화학적 성분, 온도를 측정할수있습니다. 또한 제공된 스팩트럼의 적색이동(red shift)를 계산함으로 물체의 속도 또한 알수있습니다.빛공해에 의한 인공빛이 천문적 물체의 빛과 간섭함으로써 물체의 올바른 스팩트럼을 제공받게 하는데 어려움이 큽니다.

    인공조명의 원천,근원과 조명에서 발산하는 빛의 종류는 천문학자들에게 정말 중요합니다. 저,고압 나트륨 램프의경우 스팩트럼과의 간섭을 최소화함으로써 천문학자들에게 가장 선호받고있습니다. 메탈 할레이드램프, 하얀색 LED, 백열전구같은 폭넒은 광범위 스팩트럼을 지닌 원천같은경우 다른 스팩트럼과 강하게 간섭해 분광학에 영향을 미칩니다. 더욱이, 이런 종류의 빛의 경우 짧은 파장을 냄으로써 대기중에 더욱 강력히 산재됩니다,


    Figure 5.
    4가지 다른 타입의 전구등의 스펙트럼 전력 분포도
    A: 중온백열형광등 (CCT = 3000 K)
    B:저온백열형광등(CCT = 6500 K)
    C: 공공 야외조명으로 사용되는 고압나트륨램프
    D: 여러가지 용도로 적용되는 야외조명용 메탈핼라이드램프

    빛공해를 줄일수 있는 방법

    01. 빛이 필요한 곳에 조명을 아래쪽으로 향하게 함으로 빛이 위로 새어나가는것을 방지해야 합니다.
    02. 조명 기구에 갓을 씌우거나 가로등 주변을 차단해 빛이 옆, 위로 새는 것을 방지해야 합니다.
    03. 모션센서 전등을 사용합니다.


    Figure 6.
    2013년 1월 5일, 미국 플로리다 보인턴비치의 찬셀러 학교 캠퍼스 뒷길의 사진.올바른 디자인으로 빛공해가 최소화된 가로수등.

  • 빛공해와 에너지 낭비


  • 에너지의 사전적 의미

    에너지라는 단어의 사전적 의미는 다양합니다. 전반적으로 에너지는 물체나 복사(輻射)에 가해진 움직임이나 물리적 일을 하기위해 필요한 것으로, 기계적 혹은 물리적인 일에 포함됩니다. 에너지는 International System of Unit, 국제단위계의 에너지 단위인 줄(Joules)로 측정됩니다. 움직이는 전자(電子)들로 이루어진 전기(電氣)또한 에너지가 있지만 전기는 보통 왓츠(Watts)로 측정됩니다. 왓츠는 Power, 일율(─率 ) 의 단위로 단시간에 전달되거나 사용되는 에너지의 측정입니다.

    등식은 다음과 같습니다.

    *()는 물리적 측정을 의미하며 []는 측정의단위를 의미합니다.
    위지에너지=(힘 x 거리)= [N x m]=[J] (줄)
    일율=(에너지/초(秒))=[J/s]=W(왓츠)
    에너지 사용율은 W x h (한시간) 으로 측정되며, wh=3600[J]입니다. 그리고 kw=1000w 이라는것을 기억하세요.

    에너지 효율성

    에너지의 보존법칙에 따라 에너지는 탄생되거나 파괴될 수 없으며, 다른 형태로 변화될 뿐입니다. 어느 시스템에서든지 투입에너지는 효율적 에너지 생산율 보다 많은 양입니다. 효율적 에너지 생산 과정에서 '사라진' 에너지는 여러 가지 형태로 변화하지만 거의 대부분의 에너지는 열로 전환됩니다. 따라서 에너지 효율성의 측정은 생산된 에너지를 총 투입된 에너지률에 너비합니다. 등식은 다음과 같습니다.

    에너지 효율성 = 효율적에너지생산율, 총에너지투입율

  • 백열전구

    가장 역사적이고 전통적인 전구입니다.
    일반적 사용처: 흔하고 값싼 전구로 전기 조명 발명 이후 가장 대중적으로 사용되어 왔고, 가정집에서 많이 사용되었습니다. 그러나 지구온난화와 에너지 효율성으로 인해 세계적으로 생산금지 조명으로 선정되었습니다. 에너지효율성은 10% 입니다. 에너지효율성이 다른 전구에비해 가장낮으며 90%의에너지가 열로써 사라집니다.

  • 형광등

    발명되자마자 백열전구를 대신하기 시작한 현재 가장 많이 쓰이는 조명입니다.
    일반적 사용처: 가정집 외에도 공공기관과 사립기관에서 주로 쓰입니다. 특히. 학교, 사업처, 기관같은 곳에서 많이 사용해왔습니다. 에너지효율성은 45% 입니다. 백열전구보다 훨씬 높은 효율성을 자랑하며, 55% 의 투입된 에너지가 열로써 사라집니다.

  • 발광다이오드 (LED)

    가장최근에 발명된 전구입니다.
    일반적 사용처: 산업,공업용으로 가장 많이 쓰입니다. 전자기기와 상업용 용도로 많이 쓰입니다. 백열전구와 형광등과는 다르게 매우 높은 에너지효율률 자랑합니다. 하지만 전구의 색에 따라 에너지 효율률이 다릅니다.

  • 보안과 안전

    보안과 안전은 조명의 중요한 용도입니다. 가로등같은 빛들은 길가와 도로에 전방을 비추며 운전자에게 도로 위의 상황을 알리고 경보하는 주요적인 역할을 합니다. 이렇게 빛은 시야를 확보해주지만, 지나친 양의 빛은 전방확보 효과를 오히려 떨어뜨릴 수 있으며 불필요한 경제적 손실을 가져옵니다.

    올바른 조명 디자인으로 빛공해를 줄일 수가 있습니다.

  • 빛공해가 조류에게 미치는 영향

    빛공해는 야생동물들에게 상대적으로 최근 심각하게 나타난 환경문제적 현상입니다. 인공빛은 많은 종류의 동물의 자연적 행동과 현상에 영향을 미칩니다. 대부분의 동물들은 자연적 빛의 주기에 맞춰 진화해왔습니다. 따라서 자연적 주기를 따르지않는 인공빛에 의해 많은 동물들의 성장, 호르몬 조절,번식력의 같은 자연적 주기에 영향을 줍니다




    위의 이미지는 전세계와 미국대륙, 그리고 북미내 평범한 마을의 빛공해를 나타내고있습니다. 마을의 이미지들은 각각 같은 마을의 2003년 당시 북미대정전으로인한 일시적인 빛공해 절감(왼쪽)과 평소 빛공해의 영향을 받고있는 모습(오른쪽)입니다.


  • 이주

    위의 지도는 북미의 조류들의 이주경로를 나타내고있습니다. 빛공해는 조류들의 이주시 방향감각을 혼란시키고 비행경로를 찾는 능력을 간섭할수가 있습니다


  • 이동

    이동중인 조류들은 야간 도시의 빛에 의해 방향감각을 잃고 경로를 잃기도 합니다.빛공해는 세계적 현상입니다. 대략 육지 20% 가량이 빛공해의 영향을 받고있습니다. 조류들은 자주 건물의 인공조명에 이끌려 건물을 향해 날아가다 부딪히기도합니다. 위의 사진은 이동중인 조류들이 건물과의 상호작용으로인해 목숨을잃은 사진입니다.

  • 새벽송과 번식

    인공빛은 명금(鳴禽), 혹은 노래하는 명작류의 새의 새벽송을 부르는 시간에 영향을 미추며 번식시기 또한 영향을줍니다. 인공빛에 영향을받는 지역에 서식하는 명금들은 밤이 지나가기전에 새벽송을 부르기시작합니다. 인공빛이 많은 지역일수록 새들은 더 일직 새벽송을 부릅니다(5). 지역의 빛공해의 정도는 새들이 연간 번식을 시작하는 시기에 영향을줍니다. 몇몇 연구에 따르면 빛공해에 영향을 받는 지역의 새들은 빛공해의 영향을 적게 혹은 받지않는 곧에 서식하는 새들에 비해 번식을 일찍 하는것으로 나타났습니다.

  • 도움을 줄수 있는 방법

    1. 빛공해에 대한 정보와 조류와 야생동물에 미치는 나쁜영향에관해 알리기
    2. 야외조명을 끄거나 밝기를 줄이고 더 효율적인 조명으로 바꾸기
    3. 야외 조명기구들을 땅 아래쪽으로 비추기
    4. 더 많은 빛공해에 관한 정보들은 http://www.darksky.org/를 방문해주세요.