科普之窗

拯救消失的黑夜

冯杰

2023-02-13 01:58

撰文 乔舒亚·索科尔(Joshua Sokol) 翻译 杨帆
光明日报( 2022年12月15日 14版)

天文学家是最早察觉到夜空变亮的一群人,不断恶化的光污染对他们的观测形成了很大的阻碍。但光污染的危害绝不仅限于看不见星星和银河,整个生态系统中无数的动物都在承受它带来的危害。

诸多故事告诉我们,光污染是可以恢复的。随着暗夜保护意识逐渐兴起,人类正在找回失去的星空。

虚假的黄昏

美国亚利桑那州的图森市像一个放射着光芒的气泡,蚕食着东方的天空以及猎户座的肩膀。稍暗些的10号州际公路的灯光像一条巨蛇从这辉光中蜿蜒而出,向北绵延160千米,又与凤凰城的眩光连接到了一起。而在南方,跨过边境,隐约可以看到墨西哥诺加莱斯市的灯光形成的另一个发光半圆。

对基特峰上高规格的天文观测而言,所有这些光污染都是一种致命威胁。几十年来,天文学家采取了各类紧急措施试图减缓甚至逆转它的扩散。对天文学家而言,每个光晕的边界都是一条正在拉锯的战线,随着每场小规模战斗的胜利或失败而扩大或缩小;地方政策、数不清的集体尝试(或者说集体无奈)、广告灯牌和路灯的激增,头顶不完美的暗夜是这一切的证明。

就这样,光污染还在不断扩散着。一位基特峰的天文学家告诉我,日落几小时后,在杂散光很强的条件下分辨一个目标源所需的时间是正常情况下的两倍。虽然与全球变暖有关的野火越来越频繁,可能会对安置在附近的望远镜构成直观的风险,但是越来越亮的夜晚才是对天文观测更大的威胁。

我们这个时代中的许多生态灾难都很难用肉眼看到:例如,物种逐渐消失,空气中二氧化碳多了百万分之几,海洋生物吞噬着微塑料颗粒。而光污染则不然。尽管通过望远镜观测的天文学家可能是最早真正注意到它的群体,但它的影响并非只局限在天文学中。在过去的十年里,生物学家发现夜间照明除了存在巨大能源浪费之外,事实上也极大地侵扰到了动物、植物和将世界结合在一起的生态关系。影响范围远远超出了城市,涉及全球所有地区。英国埃克塞特大学著名的保护生物学家凯文·加斯顿指出:“我们需要像对待塑料污染以及全球气候变化影响那样,严肃思考这个问题。”

然而,科学家仍坚信人们不必作出太大牺牲就能缓解光污染问题。随着问题的范围不断被新的研究所揭示,潜在的解决方案也愈发清晰。就像烟囱废气和工厂废水一样,光污染是可以被理解并治理的。我们越早采取行动效果也会越好。卫星数据显示,超过五分之三的欧洲人和五分之四的美国人生活在肉眼无法看见银河的严重光污染下。另有分析表明,地球表面的人工照明区域仍在以约每年百分之二的速度向外膨胀,将剩下的夜空区域蚕食得像奶酪一般千疮百孔。尽管最新的LED技术使照明比以前更便宜也更节能,但消费者似乎并未把这些节省下来的钱装进口袋,也没有减少碳排放。相反,人们开的灯越来越多。

光污染并非必然。布满繁星的黑暗夜空本已经成了例外,但它可以再次成为日常,在减轻生态系统负担的同时,也能令壮丽的天文奇观回归人们的日常生活。事实上很多大洲都起草了旨在实现这一目标的法律法规。然而,任何解决方案都更大程度上取决于社会而非科学问题:我们能否持续进行必要的研究以正确定义和处理光污染?到底多大程度的夜间照明才是我们需要的?最为关键又令人抓狂的是,这一切是否真的有人关心?

飞蛾扑火的无奈

让世界永远沐浴在一个虚假的黄昏中,会对生态系统造成什么样的影响?这其实一直以来都很难评估。对某些生物来说,灯光是一种难以抵抗的诱惑;而对另一些生物来讲,它又是一个排斥力场。无论光照的时间、波长、方向还是强度乃至被照射者的眼睛构造都在其中起着作用。而且,不像金枪鱼体内的汞或秃鹰身体中的DDT残留含量,光子并不能留下持久且可测量的化学痕迹。不过,综合来看,对至少160个物种的研究提供了充分的证据,表明人造光源向自然界生物发出了一系列令人困惑而不合时宜的信号——别睡了!藏起来!快去捕猎!往这边飞!调整你的新陈代谢!

去年5月的一个早晨,我开车到北卡罗来纳州农村的一个养牛场去见北卡罗来纳州立大学的研究生默里·伯吉斯。她之前曾特意在谷仓椽子上的燕子巢边挂上了小圣诞灯。她爬上一个梯子,把那些看起来像蠕动的粉红色恐龙的雏鸟一个个拉出来,轻轻地攥在她温暖的手掌里,逐个进行一系列测试。她主动提出让我也抱一只,但我生怕自己会把它压扁了,于是拒绝了。她说,雏鸟的父母并不知道把它们的窝从灯光下移开,而灯光对这些雏鸟的身体造成了伤害。与在没有光照环境下成长的邻居雏鸟相比,一个小小的灯泡就使得这些雏鸟发育不良,体重不足,甚至患有糖尿病。伯吉斯对我感叹道:“光的影响深入细胞深处,这真的很疯狂。”

这种对单只谷仓燕宝宝造成伤害的机制同样适用于整个物种,乃至生态系统。在岸边,人造光会导致靠近海面的造礁珊瑚一下子停止产卵,把本应是同步爆发的新鲜生命变成无用而不合时宜的卵子和精子。仅在美国,每年就有几亿到十亿只鸟在撞上窗户后死亡,其中许多是被室内灯光召唤而来的。

昆虫面临的后果尤为可怕。飞蛾不断扑向灯泡,但原因科学家仍不甚了解。蟋蟀的鸣叫声正变得与白天和黑夜转换的节律脱钩。在英国乡村,研究显示被LED路灯照亮的路边树篱中,毛毛虫的数量正在急剧下降。几乎可以肯定的是,光污染正在加速昆虫末日的到来,地球上昆虫生物种类和数量将大幅减少,尽管很少有研究真正关注这一残酷的结局。

不仅如此,灯光的影响还波及与我们人类关系更为密切的其他生命系统。在2017年的一项实验中,带着夜视镜观察卷心菜植物的科学家证实,环境光阻碍了夜间授粉昆虫的活动。由于白天的授粉者无法弥补这一不足,导致植物结出的果实减少,这表明夜晚变亮的影响最终可能会反映到超市的货架上。夜间的光线可能使我们喜欢的昆虫晕头转向,却能让我们鄙视的昆虫充满激情:每年造成4亿多例登革热和寨卡感染的埃及斑蚊,在人造光的鼓励下咬人似乎更加积极,另一种会传播西尼罗河病毒的蚊子也是一样。

被污染的睡眠

在以往,只有专业期刊会以一次针对某一种生物的方式记录此类影响,而并没有将广泛的研究项目联系在一起。直到20世纪90年代末,美国洛杉矶一对研究生开始收集建立这类事件的档案,他们自称为环境“麻烦制造者”。凯瑟琳·里奇,一个从法律专业转为生态学专业的学生,曾试图向7个学术部门推荐她关于光污染和野生动物的博士研究项目,并寻求资助。结果完全没有人理她。她说:“我听到的大致都是‘你不会有任何结果’一类的说法。”但是里奇和她的丈夫特拉维斯·朗科雷没有放弃,他们组织了一个关于这个主题的开创性的学术会议。

在2002年的会议、2004年的综述论文和随后出版的书中,朗科雷和里奇都刻意避开了另一个平行的研究领域——对于人体健康而言,更明亮的户外和室内光线究竟会产生什么影响。(我们早已知道夜间的光照与无数问题有关,从显而易见的睡眠障碍,到更令人惊讶的患乳腺癌风险增高。但目前还不清楚其中有多少是来自室外光污染,又有多少源自我们发光的显示屏和其他室内陈设。) 即便如此,记者和公众已经开始认识到,从生态学角度来说,光污染就是真正的污染。到2011年,包括加斯顿所在实验室在内,许多欧洲极具影响力的生态学实验室都开始关注起这个课题,并发表了他们自己的研究结果和对文献的综述。截至今年,朗科雷和里奇的综述论文的被引次数已经超过了1500次。

这些结果中有相当一部分涉及的是最常见的光污染:比如用一辆新式SUV上的LED大灯那样刺眼的单一强光源照射着你的场景。然而,最近有一些人已经开始关注我在基特峰看到的光晕效应,它不易察觉却广泛存在。近期最为详尽的生态学研究表明,即使看不到具体光源,这样低水平的背景光污染同样会造成生物学后果。

2021年,在德国一个漂浮于湖中的圆顶下进行了一项实验,结果表明仅凭明亮的夜空就会导致欧亚鲈鱼体内褪黑激素(一种与黑夜有关的荷尔蒙信使)水平下降。去年的另一篇论文显示,通常情况下,南非的蜣螂会观察银河引导自己在草原上掩埋粪便,这项任务虽然低级却必不可少,但是更明亮的夜晚会使它失去方向感。此外,2021年由朗科雷领导的一项研究表明,加利福尼亚州海滩上类似的低强度光照就会妨碍鸻(plovers,一种候鸟)来此地栖息,并阻止滑银汉鱼(grunion)上岸产卵。

所有以上的这些都至关重要,因为泛着天光的穹顶从数百英里外的州界乃至国界都可以看到。研究表明,它能在整个区域范围内引诱候鸟和昆虫。即使在地球上那些尚未受到天光穹顶影响的罕见角落,生物体似乎也会对微弱的照明变化产生反应。例如,在北冰洋的冬季,尽管太阳始终在地平线以下,浮游生物每天仍在上升和下降,而捕鱼或采矿产生的人造光也可能扰乱这一系统。

天文观测需要的暗

在图森市外基特峰逗留的两周前,我曾站在位于亚利桑那州旗杆镇洛厄尔天文台周边的松树林里,伴着深夜的寒风瑟瑟发抖地仰望着月食。当地球的影子滑过月球表面时,深邃的天空变得愈发黑暗,星光则变得更为明亮,就像一个图像编辑在摆弄照片中的对比度一样。

不过,整个经历中最令人难忘的,还是当你俯瞰旗杆镇的夜景时,除了个别的红绿灯外,几乎没有任何光亮。于是你眨眨眼,试图说服自己是在俯瞰一个沉睡的海边小村庄,而非一个容纳了七万五千人,希望能吸引那些前往大峡谷途中的游客们的山城。它看起来像一个被现代化遗忘的小角落,不知何故学会了闭上眼睛,睡着了。

迄今为止,最成功捍卫暗夜的案例都发生在那些造价不菲的天文观测设施附近。1958年,大约在蕾切尔·卡森获得现代环保主义的灵感并撰写《寂静的春天》的同时,一家汽车经销商的旋转聚光灯光束开始破坏洛厄尔天文台的观测环境。作为回应,旗杆镇制定了世界上第一条灯光管制条例。亚利桑那州从那时起就成为拯救黑夜运动的中心。

两年前,在南边几百千米处,天文学家和来自周围托霍诺·奥德姆部落的向导骑着马来到图森市外的基特峰,在山顶的篝火旁交流起了西方和土著的星空故事。很快,联邦政府就从该部落永久租借了这块土地,随后更大、更好的望远镜就矗立在了山顶。

随着附近图森市光污染的加剧,基特峰的天文学家找到了蒂姆·亨特这样的盟友。这位医生从小就在芝加哥郊区的榆树下观赏银河,然后无奈地看着人造光源像荷兰榆树病使树木腐烂那样,令银河逐渐暗淡下去。1988年,基特峰的天文学家戴夫·克劳福德与亨特一起成立了国际暗夜协会(IDA),希望建立一个更广泛的合作联盟,他们在旗杆镇的盟友也包含在内。

多年来,随着倡导者们眼看着暗夜在一点点消逝,追踪黑暗所需的工具和技术也在不断进步。光污染模型从停留在笔和纸上的方程式发展到光线追踪的计算机模拟。先进的广角相机使从地面测量天光变得更加容易,卫星图像也开始显示蜘蛛网状的光带遍布全球。总的趋势令人沮丧:研究人员越深入地研究这个问题,它似乎就显得越糟糕。

犯罪与黑暗

光污染一定会随着我们城市的发展而加剧?国际暗夜协会和相关的研究人员并不同意这一说法。通常情况下,预防犯罪往往会成为城市驱逐夜晚的借口。但这一做法的效果如何?也许,照明可以抑制犯罪的最确切证据来自于2016年。犯罪学家将约400个篮球架大小的照明塔放置于纽约市住房项目的公共户外空间。这些蓝白色的灯具由自带的便携式燃料发电机提供电力,白天也一直开着——最终显示灯塔周围的户外犯罪率下降了约三分之一。

但暗夜保护的学者指出,这些灯塔远比单纯的路灯更亮。他们还指出,任何依靠让少数族群占多数的社区整夜遭受监狱般的强光灯照射的反犯罪政策,在道德上都应该被质疑。事实上在整个美国大陆,就像其他已知的污染物一样,夜间照明的负担往往也落在了实力较弱的族群上:根据犹他大学社会学家2020年的一项研究,黑人、西班牙裔和亚裔美国人社区的照明程度往往是白人社区的两倍左右。

夜间灯光泛滥的另一个常见理由是道路安全。但科学家认为,很多亮度标准其实是由习惯而非科学驱动的。2018年,英国希尔德大学的研究人员仔细检视了一遍欧洲和北美的法规。他们得到的结论是:“目前许多在道路照明指南中推荐的亮度标准,几乎没有什么可信的经验支持。”

其他的照明选择则归结于行业和个人,其中许多人仍未受到这个问题的波及或完全不为这个问题所动。在暗夜保护的圈子里待上一段时间,你就会听到这样的诅咒:当你突然看到糟糕而浪费的照明,并意识到它的存在,你就将会再也无法假装看不见它。(我是在北卡罗来纳州罗利市的一个街区散步时产生这种感觉的。当时我忽然意识到,一个历史悠久的以白人为主更富裕的街区使用较暗的琥珀色路灯,而邻近的著名黑人社区安装的则全是更加刺眼的白色灯具。)

许多人也把这个诅咒当作行动的动力。在旗杆镇观看月食的第二天,我和克里斯·卢金布尔在当地的暗夜啤酒公司坐下来闲聊。卢金布尔曾是附近美国海军天文台的天文学家,40年来一直致力于保护旗杆镇的暗夜。他比几乎任何人都更了解暗夜保护领域及其进展。这里的路灯是昏暗的橙色,因为正如卢金布尔解释的那样,蓝光在夜间对包括人类在内的大多数动物以及天文观测者的干扰都更大。这是因为波长较短的蓝光在空气中更容易发生散射,形成局部的光雾。

卢金布尔称赞他的小镇是一个典范,是暗夜保护概念在其他社区也可以效仿推广的证明。2017年,美国国家公园管理局在与旗杆镇规模相近但没有实施暗夜保护条例的怀俄明州夏延市外部署了一台超灵敏全景相机。夏延市的亮度是旗杆镇的14倍,而它周围的光晕则大了8倍。卢金布尔说,他的策略只是向人们展示漫天的繁星,并说服他们能够看到繁星与社会发展之间并不存在不可调和的矛盾。“我认为星辰最终会战胜光污染吗?毫无疑问!”卢金布尔说,“人们在转变思想,人们也必须转变思想。”

1942年,纳粹德国曾派出大量U型潜艇穿越大西洋,在美国航道上捕猎商船。货物成吨地沉没,淹死的尸体被冲上岸。很快人们就意识到,在夜间,潜艇炮手是通过海岸线上空辉光下的黑影来选择打击目标的。

佛罗里达州迈阿密等城市的民选官员和商会被迫调暗灯光并关闭炫目的户外广告牌。显然,这种光污染已经是生死攸关的问题。然而,社区领袖们以经济问题为由拖后腿,大大降低了集体努力的效果。海上大屠杀最终迫使美国时任总统罗斯福发布了一项强制沿海停电的行政命令。随着防御巡逻的加强,以及海边数千米内社区严格限制夜间灯光的使用,U型潜艇的袭击也逐渐减弱。

重新看到银河的希望

调暗灯光的压力正在增加。美国多个州正在审议有利于暗夜保护的法律。在鸟类迁徙季节关闭灯光的运动也正在全美国范围内蔓延。例如去年春天,在得克萨斯州的达拉斯和休斯敦等城市中,有数百座市中心建筑调暗了灯光。自2001年起,国际暗夜协会开始认证那些正在进行暗夜保护的地方——当然,旗杆镇是名单上的第一个——至今在全球范围内已经有200多个地方得到了认证。

更为大胆的政策正在欧洲展开。在法国,2019年通过的一项法律禁止企业整夜点亮装饰性的灯光标志;德国也已经制定了一项法律行动以期扭转昆虫减少的局面,其中一个主要目标就是控制光污染。在技术领域,LED制造商也敏锐地察觉到了一种新的需求,正在向市场推出对暗夜保护友好的、指向向下的、波长更长的照明装置。柏林霍尔克实验室(曾完成复杂的湖面天光实验)也已经开发出一种原型灯,其工作波长范围不会对大多数昆虫产生干扰。生态学家杰西·巴伯告诉我:“这个问题令人兴奋之处在于,它居然是可恢复的!”这其实也是整个暗夜保护团体的共同感受。

人们很难去关心自己从未见过的东西。能够重新看到银河——那个所有我们的祖父母和之前的人类都可以在任何时候看到的敬畏闪光弹——将是对我们限制光污染的最大回报。与可以通过适度减少照明就能召唤出银河的美国西部不同,在人口更密集也更明亮的美国东部,如果不开上几小时车到一个孤立的黑暗角落,甚至连稍差的银河景象也无法看到。

最近,我了解到我的小世界里还藏着一个安静的小小奇迹:在北卡罗来纳州中部皮德蒙特,我家附近的老松树丛中,新发现了一种幽灵萤火虫。这个物种的雄性萤火虫每次亮起来最长持续约30秒,潦草地留下微弱的、漂浮的信息,而雌性萤火虫则静静地在下面,无声的回应以绿色的答案。

2021年,一些公民科学家在这个州一些城市化程度最高的县发现了这种萤火虫的种群。当然,在人们注意到之前它们就一直都在那里。而它们很容易在被人们发现之前就因为铺满的水泥而走向灭绝。寻找该物种的昆虫学家,北卡罗来纳州的克莱德·索伦森甚至在他自己的后院偶然发现了一群。他怯生生地和我说:“要知道我已经在那里生活25年了。”

于是我在今年春天的一个晚上驱车来到他家的车道上。我们脚踩树叶,戴着头灯,伴着一只牛蛙的叫声来到邻近的林地。作为一个新物种,我们并不知道一年中它们出现的确切时间和天气。但我们确信,黑暗是必要的。

显然,萤火虫对光照水平很敏感,这是它们交流的媒介。研究表明,环境光污染会阻碍萤火虫求爱,甚至会让一些物种懒得去尝试。当天晚上,我们走在路上,源自我们手机的灯光、穿过树木的路灯、邻居的安全泛光灯——环境中各类不应出现的光线,照亮了所有可能的藏身之处,也妨碍着我们对它们的寻找。

就在那时,我们看到三只蜷缩在一起的雌性萤火虫像放错位置的星星一样闪烁着,从遮挡强光的树叶缝隙中发出点点微光。它们持续发光了大约半小时,直到那晚的轮班结束,它们才星星点点地消失在黑夜中。


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对撞机,究竟是个什么机