NOVAS ABORDAGENS SOBRE A POLUIÇÃO LUMINOSA NO CÉU NOTURNO
JOÃO LUIZ EVANGELISTA BARBOSA¹, LUIZ FERNANDO DE SOUZA BEDUSCHI FILHO², LUIZ FERNANDO SEIXLACK DE MORAIS², RAFAEL DEFAVARI*²
¹Curso de Engenharia Mecatrônica – Faculdade de Engenharia Mecânica / Unicamp ²Curso de Engenharia Mecânica – Faculdade de Engenharia Mecânica / Unicamp
*E-mail do autor correspondente: rafa.defavari@gmail.com
RESUMO: O presente trabalho trata da poluição luminosa no céu noturno. São apresentadas suas causas
e como ela pode ocorrer na atmosfera; mostrados seus impactos ao nosso ambiente através de várias fotografias comparativas evidenciando sua existência; demonstrado o porquê isso é um problema para a sociedade, sendo resultado do mal planejamento dos sistemas de iluminação; e ao final é feita uma discussão sobre as possíveis soluções que podem ser adotadas para conseguir-se uma economia energética considerável através de ações simples.
PALAVRAS-CHAVE: Poluição luminosa, iluminação pública, energia, meio ambiente, astrofotografia. NEW APPROACHES ABOUT THE LIGHT POLLUTION IN THE NIGHT SKY
ABSTRACT: This project discusses the Light Pollution in the night sky. Its causes and how it may
appear in the atmosphere are presented; its impacts to our environment are exposed through a sequence of comparative pictures; it is demonstrated the reason it is a problem to society, since it is a consequence of a bad lighting system planning; finally, it is presented a discussion about the possible solutions that can be adopted to achieve a considerable energetic and economic savings through simple actions.
KEY WORDS: Pollution, public lighting, energy, environment, astrophotography. INTRODUÇÃO
Você já notou como o céu das áreas urbanas é muito menos estrelado do que o céu das áreas rurais? Já percebeu aqueles clarões laranjas que cobrem as cidades, quando delas você se aproxima ou afasta durante uma viagem noturna? A sua resposta deve ser sim.
Esse brilho no céu causado pela utilização incorreta da iluminação noturna (excesso de luzes direcionadas para cima) é o grande responsável pelo ofuscamento das estrelas que estão mais próximas ou um pouco acima da linha do horizonte. (ECODESENVOLVIMENTO, 2010) Essa luz
extra em nada contribui para a iluminação noturna útil, uma vez que a única luz que realmente importa é aquela dirigida para o solo. Isso gera a menos conhecida de todas as formas de agressão ao meio ambiente: a poluição luminosa, que caminha de mãos dadas com o desperdício de energia elétrica.
De acordo com o CONAMA/Chile (1998), a poluição luminosa é definida como toda luz artificial que não é aproveitada para iluminar o solo e as construções. O brilho no céu, em inglês sky glow, é definido como o brilho alaranjado que pode ser visto nas torres e cidades. É causado pelas luzes que se direcionam
para atmosfera sendo refratada e espalhada pelas partículas ou gotículas de água (aerosóis) causados por poeira, pólen, bactérias, esporos, sal do mar, partículas minerais em suspensão dos desertos e produtos industriais. A luz é irradiada diretamente para cima a partir da fonte de luz (luminária) e é refletida a partir de onde ela incide como rodovias, pavimentos, construções, entre outros. (GARGAGLIONI, S.R., 2007).
Segundo o engenheiro de energia Saulo Gargaglioni, uma estimativa aponta que cerca de 1/5 da população mundial, mais de 2/3 da população dos EUA e mais da metade da população da União Européia perderam a visibilidade a olho nu da Via Láctea. Com isso, o céu das cidades tem se tornado ambientes cada dia mais “apagados” e seus moradores, cada vez mais distantes da natureza (ECODESENVOLVIMENTO, 2010).
Figura 1. Ranqueamento dos níveis de poluição luminosa através do programa de simulação Stellarium, disponível em www.stellarium.org
SASAKI, et al. (2009) publicaram “Analise da poluição luminosa e a visibilidade noturna do céu” um estudo sobre a poluição
luminosa no céu da Unicamp. A maneira e os métodos com que o tema foi abordado foram qualitativos e pouco precisos. Os resultados do referido trabalho foram baseados unicamente em observações visuais e sujeito à análise pessoal de cada integrante do grupo, sendo a conclusão de certa forma subjetiva e deixando-nos espaço para um aprofundamento maior. O objetivo foi fazer a mesma análise de poluição luminosa, porém empregando técnicas fotográficas específicas para astronomia (como câmeras e acessórios apropriados). Desta forma, os resultados podem ser mostrados de forma mais objetiva e científica.
Além de utilizar técnicas mais refinadas, nosso trabalho pretende investigar não apenas o céu da Unicamp, mas também a diferença entre o céu de uma região com alta poluição luminosa (no caso Campinas) e o céu uma região rural com baixa poluição luminosa, mostrando a real diferença que a poluição luminosa pode ocasionar nos diferentes ambientes.
MATERIAIS E MÉTODOS
1. Comparação entre diferentes condições - A região escolhida para fazer o
comparativo com Campinas fica localizada a 35 km de Anhembi e a 45 km de Piracicaba, e foi determinada em função da baixa poluição luminosa.
O mapa utilizado nesta escolha é uma superposição do The World Atlas of the Artificial Night Sky Brightness (disponível em http://www.lightpollution.it/worldatlas/pages/fig1. htm) com o mapa rodoviário do estado de São
Paulo (Figura 2). A superposição encontra-se disponível em http://ricardoviscardi.multiply.com.
Figura 2. comparativo da poluição luminosa entre as regiões estudadas. Mapa completo para
consulta em http://ricardoviscardi.multiply.com
Além de estudar a diferença entre estes lugares, utilizamos também um filtro de poluição luminosa para estudar a influência que tal poluição causa num ambiente de poluição luminosa elevada como o de Campinas. Trata-se de um filtro que deixa passar a luz em quase sua totalidade, filtrando apenas os comprimentos de onda emitidos pela iluminação pública, que é a responsável pela quase totalidade da poluição luminosa. Assim, sem alterar a iluminação (pois seria impossível apagar todos os postes da rua) é possível se fazer comparativos entre o céu poluído luminosamente e o mesmo céu num estado como se ele não tivesse tal poluição, no mesmo local, e exatamente na mesma hora, sem estar sujeito às diferenças das condições atmosféricas que influenciam muito na comparação dos resultados (como umidade, poluição e partículas em suspensão, fase da lua, etc).
Hoje, no Brasil, são utilizados nove tipos de lâmpadas na iluminação pública. Os dois tipos mais utilizados são as lâmpadas de vapor de mercúrio, que podem ser encontradas em 71% dos logradouros do país, e as lâmpadas de vapor de sódio, encontradas em cerca de 16% das vias públicas. (ABILUMI, 2009)
As faixas e a curva de transmissão do filtro utilizado para realizar as fotografias podem ser consultadas no link:
http://www.astronomik.com/en/cls-ccd/astronomik_cls-ccd_transmissioncurve.html Observando tal gráfico podemos ver que o filtro age diretamente na poluição luminosa, tentando anular o efeito da mesma bloqueando a luz proveniente da iluminação dos postes públicos, e ao mesmo tempo deixando passar a luz proveniente do céu noturno. Mostraremos por meio das fotos, a efetividade do mesmo.
É importante destacar também que a lua afeta a visibilidade das estrelas enormemente, podendo causar variações e distorções dos resultados caso comparemos os céus de dois lugares com fases de lua diferentes. Por isso, tomaremos o cuidado de coletar nossos dados somente quando não houver lua no céu, para que ela não interfira em nossas conclusões.
2. Equipamento utilizado - Para
realizar o estudo através de fotografias, é necessário o conhecimento de algumas técnicas fotográficas específicas.
Há basicamente 3 tipos de câmeras fotográficas no mercado: as compactas, as bridges e as DSLR. A câmera utilizada em nosso estudo é chamada DSLR (Digital Single Lens
Reflex). São câmeras maiores e com objetivas intercambiáveis. Foge um pouco do escopo deste trabalho explicitar os dados técnicos dos equipamentos disponíveis no mercado, porém em termos gerais e resumidamente, elas apresentam uma qualidade maior nas fotos em relação às comuns compactas e bridges, e permitem um controle dos parâmetros muito maior que estas últimas. Por este motivo, são as mais recomendadas para quem quer obter o controle total da fotografia e não ficar limitado em certos parâmetros que podem faltar nos outros tipos de câmera.
Dito isto, o que nos permite afirmar então que a escolha de uma DSLR como instrumento de coleta de dados é o fato do controle total sobre o tipo específico de fotografia que queremos obter, variando cada parâmetro de acordo com nossas necessidades. Assim, podemos conseguir e fixar exatamente as condições que queremos para nossas comparações. Nas câmeras compactas e em algumas bridges isto é inviável e na maioria das bridges, mesmo quando possível, as lentes não permitem uma captação de luz suficiente para captar as estrelas da mesma forma.
Mesmo entre as DSLR, os modelos variam entre si no quesito qualidade e os modelos com maior reputação para a fotografia do céu noturno são as câmeras da família EOS da Canon, pois apresentam um sensor com melhor desempenho introduzindo menos ruído em ambientes com baixa iluminação (LODRIGUSS, J., 2010). Tais câmeras já tem uma reputação de longa data na comunidade
astronômica e por este motivo a câmera utilizada nos experimentos é uma Canon EOS 1000D.
Dentre os principais parâmetros fotográficos que podem ser controlados para se obter fotografias mais específicas estão a variação do tempo de exposição, variação da abertura, variação da distância focal e variação da sensibilidade ISO.
Também foge um pouco do escopo explicar os detalhes técnicos de fotografia. Muito mais poderia ser dito sobre os parâmetros abaixo, porém, em termos práticos para nosso trabalho basta saber que: a) quanto maior o tempo de exposição de uma foto maior é a quantidade de luz captada, logo maior quantidade de estrelas conseguimos registrar; b) quanto maior a abertura (característica física da objetiva) maior a quantidade de luz conseguimos captar e logo maior o número de estrelas registradas; c) quanto maior a distância focal, maior o “zoom” da fotografia. É característica física da objetiva. d) quanto maior a sensibilidade ISO maior a amplificação do sinal captado, porém maior o ruído introduzido na foto.
Para nossas fotografias fixamos a maior abertura possível da objetiva (f/2.8), um tempo de exposição de 30 segundos para cada foto, que já é adequado para se captar o que queremos, e uma sensibilidade ISO 800. Não utilizamos o ISO máximo, pois se introduz ruído demais na fotografia degradando os dados. Como pretendemos analisar o céu como um todo, uma menor distância focal possível é desejada, pois
nos dá uma cobertura máxima da área analisada (18mm).
Em resumo, como escolha de melhor instrumento para nossas fotografias e utilizados no presente trabalho para a captação de todas as fotos, temos: Câmera DSLR Canon modelo EOS 1000D; Objetiva Tamron 18-55mm com abertura máxima de f/2,8 constante; filtro de poluição luminosa Astronomik - modelo CLS-CCD Clip filter. Ele é especialmente projetado para as câmeras DSLR modelo EOS da Canon, sendo encaixado entre a câmera e a objetiva.
A câmera foi fixada em um tripé para o registro das fotos. Para realizar as fotos comparativas é importante frisar que utilizamos em todas as fotos os mesmos parâmetros, para que o sinal de entrada seja exatamente o mesmo em cada condição e para que possamos fazer o comparativo entre elas. Nenhum processamento ou tratamento de imagem posterior foi feito nas fotos comparativas aqui apresentadas. São exatamente os arquivos .jpg que saíram da câmera para um comparativo justo.
Também utilizamos em determinada etapa do nosso trabalho, um programa computacional voltado para uso astronômico chamado DeepSkyStacker (disponível em www.deepskystacker.fr ) que pode efetuar uma contagem do número de estrelas presentes na fotografia, apenas para fazer um comparativo quantitativo simbólico entre as situações.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Apresentaremos os resultados da região de Campinas primeiramente, comparando-se
fotos com e sem o filtro de poluição luminosa da mesma área no céu:
Figura 3. Fotos sem filtro de poluição luminosa (lado esquerdo) vs fotos com filtro de poluição
luminosa (lado direito), Unicamp - Campinas
Figura 4. Comparativo entre o céu de Campinas: normal vs. com filtro de poluição
Agora seguem os resultados dos comparativos efetuados entre o céu de Campinas contra o céu da região rural próxima a Anhembi (sem a utilização de qualquer filtro para poluição luminosa). Ambas as fotos tiradas exatamente da mesma região específica do céu (Figura 5 e 6).
Figura 5. Foto do céu de Campinas sem filtro de poluição luminosa
Figura 6. Comparativo entre o céu de Campinas vs. área rural próxima a Anhembi
Utilizamos as Figuras 5 e 6 para estimar quantitativamente a diferença entre as duas regiões no quesito número de estrelas visíveis. Rodamos ambas as fotos da mesma região do céu, com o mesmo nível de detecção no programa DeepSkyStacker e obtivemos os seguintes resultados: Campinas: 86 estrelas visíveis e Anhembi: 389 estrelas visíveis.
Figura 7. Detalhe comparativo entre o céu de Campinas vs. Área rural próxima a Anhembi
Isso equivale dizer que a região de Anhembi apresenta um céu com 4,5 vezes o número de estrelas visíveis do que o céu de Campinas.
Apenas como título de curiosidade, a foto na Figura 8 foi feita pelo grupo na região de Anhembi. Podem-se conseguir resultados como este em qualquer região onde a poluição luminosa seja baixa empregando-se técnicas de fotografia voltada para astronomia. Uma foto como esta não seria jamais possível na região de Campinas.
Figura 8. Centro da Via Láctea ao centro da foto e traços de poluição luminosa distantes no
horizonte. 5 minutos de tempo de exposição total.
DISCUSSÃO
Quem está acostumado às noites das grandes cidades talvez não sinta a perda, mas ela é significativa: o número de estrelas facilmente visíveis a olho nu, com um mínimo de poluição luminosa, é de cerca de 2.000. Nos arredores de uma cidade grande, esse total passa a 250 e, perto do centro de uma metrópole, o número de estrelas visíveis talvez não chegue a 25, diz Richard Wainscoat, astrônomo australiano (ESTADÃO, 2009).
No deserto do Chile, por exemplo, é possível contar a olho nu mais de 5.000 estrelas.
"Nós estimamos que 30% da luz que ilumina as grandes cidades seja jogada no lixo. Além de ser um problema ambiental, é também econômico. Todos estão pagando essa conta", diz o astrônomo amador Tasso Napoleão, um dos coordenadores brasileiros das 100 Horas de Astronomia.
Uma conta feita no Reino Unido ajuda a dimensionar o problema. Em um ano, o país jogou fora R$ 3,32 bilhões por causa da luz "errada". "A solução é simples. Nem precisa, muitas vezes, trocar tudo. Basta usar uma lâmpada até 30% mais fraca, com uma luminária que jogue toda a luz para baixo", diz o engenheiro Cristóvão Jacques (FOLHA, 2010).
Há boa, má e péssima iluminação pública. Há luminárias que apontam para o solo e concentram a luz onde ela é necessária. Na maioria, contudo, apesar de apontarem para baixo, deixam escapar grande parte da luz para cima. E há ainda os globos completamente irracionais, que espalham a luz em todas as
direcções menos para baixo, pois o sistema de suporte não permite que as lâmpadas iluminem directamente o que seria mais necessário. A relação das luminárias de iluminação pública com o desperdício de energia e poluição luminosa pode ser vista na figura abaixo:
Figura 9. Tipos de luminárias e seus impactos. Disponível em GARGAGLIONI, S.R., 2007.
A poluição luminosa é simultaneamente um desperdício dos recursos públicos e uma barreira à natureza. Como proposta de solução, basta o direcionamento, para dentro da área 1, de toda a luz que hoje é enviada para dentro das áreas 3 e 4 pelas luminárias dispersivas conforme mostrado na Figura 10.
Figura 10. Área 1 – útil; área 2 – não recebe luz; área 3 – pouco efetiva; área 4 – irracional.
Assim, o que se espera é que haja uma maior concentração de luz na área 1, uma emissão mínima ou nula para dentro da área 3 e absolutamente nenhuma para dentro da área 4, pelo uso de luminárias projetadas com mais cuidado. Com o aumento do fluxo de luz na área 1, a potência das lâmpadas poderia ser proporcionalmente reduzida, gerando economia de energia e um efeito visual melhor, pela diminuição do ofuscamento (GARGAGLIONI, S.R., 2007).
A iluminação pública é importante para a segurança, mas isso não significa que devemos desperdiçá-la. A Figura 11 mostra representados diversas formas de utilização de luminárias.
Figura 11. Exemplos de utilização de luminárias. Disponível em: http://www.silvestre.eng.br
/astronomia/polumin/ondeprob/.
A iluminação pública
no Brasil corresponde a aproximadamente 4,5% da demanda nacional e a 3,4% do consumo total de energia elétrica do país. O equivalente a uma demanda de 2,2 GW e a um consumo de 10,3
bilhões de kWh/ano, segundo a Wikipedia (2010).
Todos sabem que a luz vem da energia elétrica, e para a geração de energia elétrica ou barra-se rios, ou libera-se CO2, gases
nitrogenados, dióxidos de enxofre e outros gases poluentes. Pois no Brasil a maior parte da energia provém de hidrelétricas e termelétricas. Se soubéssemos dimensionar nossa emissão de luz e controlar esse desperdício, quantos rios não teríamos salvado e quantas cidades deixaríamos de ter poluído.
O enfoque deste trabalho não é fazer este estudo, mas só para colocar o assunto em perspectiva: 30% (que seria o desperdício dos valores encontrado nas fontes pesquisadas) de 10,3 bilhões de kWh é o equivalente a cerca de 3 bilhões de KWh em um ano.
Em termos de emissão de dióxido de carbono, levando em conta todo o ciclo de vida das emissões desde a mineração do combustível e a construção dos materiais até a geração da eletrecidade e o descomissionamento da usina, em uma termelétrica convencional, a economia desta energia equivaleria a uma redução de quase 3 milhões de toneladas de CO2 lançadas na
atmosfera por ano (fora outros gases poluentes) apenas “melhorando nossas luminárias”! (fator de emissão de 950g/KWh para o carvão mineral segundo WALTER, 2010).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABILUMI, 2009. Lâmpadas a vapor de sódio para iluminação pública deverão ter padrão nacional. Disponível em http://www.abilumi.org.br/abilumi/index2.ph
p?option=com_content&do_pdf=1&id=58. Acesso em 03 de outubro de 2010.
ECODESENVOLVIMENTO, 2010. Poluição luminosa “apaga” as estrelas e desequilibra os ecossistemas das cidades. Disponível em http://www.ecodesenvolvimento.org.br/notici as/poluicao-luminosa-201capaga201d-as-estrelas-e Acesso em 31 de outubro de 2010. ESTADÃO, 2009, Astrônomos reivindicam o
direito à luz das estrelas. Disponível em http://www.estadao.com.br/noticias/vidae,astr onomos-reivindicam-o-direito-a-luz-das-estrelas. Acesso em 31 de outubro de 2010. FOLHA, 2010, Luz “errada” ofusca maratona
astronômica. Disponível em http://www1.folha.uol.com.br/folha/ciencia/ul t306u544000.shtml
Acesso em 31 de outubro de 2010.
GARGAGLIONI, S.R., 2007. Análise legal dos impactos provocados pela poluição luminosa do ambiente. 106 p. Dissertação de mestrado em ciências da engenharia da energia – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2007.
LODRIGUSS, J., 2010, Catching the Light – A beginner’s guide to DSLR astrophotography. Disponível em www.astropix.com. Acesso em 30 de outubro de 2010.
POLUICAO LUMINOSA, 2009. Revista Macrocosmo – Céu para todos. Disponível em http://www.asterportal.org/pl/pl.htm. Acesso em: 13 outubro 2010.
SASAKI, A.T. et al., 2009. Analise da poluição luminosa e a visibilidade noturna do céu.
Revista Ciências do Ambiente On-Line. v.
5, n. 2, p. 1-6. Disponível em
http://sistemas.ib.unicamp.br/be310/index.php WALTER A., 2010, Sistemas Fluidotérmicos II – Termelétricas a vapor. Notas de aula. Disponível em www.unicamp.br/ea
para alunos da disciplina EM-884.
WIKIPEDIA, 2010, Iluminação pública. Disponível em http://pt.wikipedia.org/wiki /Ilumina%C3%A7%C3%A3o_p%C3%BAbli ca. Acesso em 01 de outubro de 2010.
