光污染的原理是什么？

正好做过相关作业，回答一下。如你所言，光污染其实就是天光背景，天光背景是由很多的成分混杂起来的。 在天文学中，光污染是影响光学望远镜所能检测到的最暗天体极限的因素之一。通常指天文台上空的大气辉光、黄道光和银河系背景光、城市夜天光等使星空背景变亮的效应。

先详细回答一下所提到的疑问。在暗夜是很容易看到很多星星的，但是在光污染的情况下，很多星星会被城市光等光污染淹没，也就是说星光实际上是能透过地球大气进入人的眼睛的，但是由于背景的其他光太亮了，相对来看星光太暗弱了，造成了星星看不到的现象，这里说的背景既包含自然背景光污染，也有人造光污染，后面我会详细分析这些光的形成机制。

能够看到飞机航灯是因为飞机看起来比星星亮，要知道星星的距离比飞机的距离远太多了。实际上如果考虑大气污染造成的大气不透明度增加，可见星星的数量由于光污染和空气透明度降低而更少，这就是在很多大城市人们几乎看不到星星或者只能看到很少星星的主要原因。

一般城市，除北上广（只是例举，现在治理了情况变好了，前两年有时候连太阳都看不见，更不用说夜空中最亮的星了[滑稽出现]）应该有不少城市的晴夜还是能看到一些亮星的。有些星星是能被人肉眼看到的，但是有些却看不到，这是因为星星亮度是不同的，天文学中将星星的亮度分成不同的星等，这是早在公元前二世纪就被古希腊天文学家 西帕恰斯[Hipparchus，亦译为伊巴谷] 提出的天体分类方法。按照现代光度测定，1等星比6等星亮100倍，人眼一般都至多只能看到6等星，而更暗弱的看不到。

天文台的光污染来源主要可分为自然夜天光和人造光两类。图 1所示阿卡迪亚美国国家公园全天夜天光亮度分布图中，该图上半部分显示的是综合了自然夜天光和人造光的天光亮度分布情况，下半部分仅显示了人造光的天空亮度分布。

自然夜天光中，黄道光和银河系背景光的贡献最大，可达70 %~80 %。自然夜天光主要有下面四类。

Ⅰ.黄道光：指日落后在西方或日出前在东方肉眼可看到的沿黄道方向延伸的微弱光锥。它主要是由行星际尘埃散射太阳光而形成的。如自绘图图 2 示意。

Ⅱ.银河系背景光：由两部分形成：一是银河系星际介质对银河系星光的散射造成的光现象，二是银河系恒星直接达到地球的星光。自绘图图 3 示意。银河光在图 1 上半部分图当中显而易见。

Ⅲ.大气辉光：产生机制有四种：

（1）在大气层90-100km区域, 由具有中性大气成分因光化反应被激发致光；如自绘图图 4 所示。

（2）在大气层250-300km区域，具有电离成分的大气也因光化反应被激发生成气晖；图 4 示意。

（3）由地球非荫区的大气成分被日光所激发；如图 4 所示。

（4）由沿磁力线的带电粒子所激发生光。[4]如图 4 所示。

Ⅳ.极光：由外来的高能带电粒子流沿行星固有磁场进入两磁极与高层大气的分子和原子碰撞形成。极光只在高纬度地区出现。

以上是自然背景光。下面说说我们很熟悉的人造光，人造光主要有人为的地面向上辐射。对于天文台来说，典型的人造光污染有交通照明、人为火源、景观照明、建设工程照明等。

2016年有研究表明，低角度向上辐射是城市夜天光的重要组成部分，并且如图 5地图显示，全世界80%以上的人口（其中包括88.9%以上的中国人口）生活在光污染（其文中对达到光污染的定义是夜天光亮度大于14 \mu cd/m^{2} )的天空下。全球超过三分之一的地区无法看见清晰的银河。世界上23%的陆地表面（从北纬75°到南纬60°之间，其中包括中国的30.0%的领域面积）都是有着光污染的夜晚。

上面是光污染形成机制，光污染对天文台危害极大。目前全球最好的天文台址之一的夏威夷莫纳克亚（Mauna Kea, Hawaii），可见光波段的夜天光亮度属全球天文台台址中夜天光亮度最低的。 哈勃太空望远镜虽然是位于地球547 km轨道的空间望远镜，但它也处于地冕之中，仍有黄道光、银河系背景光和大气辉光等影响，所以不可避免地存在夜天光，但可见光波段的夜天光平均亮度很小，明显好于该地面天文台台址。收迅速发展的城市带来的光污染，地面天文台像上海佘山天文台等等都已经无法正常光学观测了。

对比一下两个地区的光污染情况，下面图 7和图 8分别是比斯坎美国国家公园Boca Chita Key和美国国家公园死亡峡谷赛马场的全天夜天光分布图。可见有95%水域的比斯坎美国国家公园由于人造灯光较强，经水面反射到空中导致夜天光过亮现象。而死亡峡谷美国国家公园则地处山中，僻静清幽，人造光很少，城市夜天光也很弱。

不过好在现在人们越来越重视光污染问题，国际暗夜天空协会（International Dark-Sky Association，简称IDA）成立于1988年，这个年轻的组织专门致力于保护地球上最后的璀璨星空，总部在美国，在世界各地均设有分支机构。该组织首倡暗夜公园及暗夜保护区建设，并积极推动全球暗夜保护工作。同时国际天文联合会(International Astronomical Union，简称IAU)和国际照明协会(International Commission on illumination，简称为CIE)也对人造光污染有极高关注度。全球天文学界、生物学界、生态学界、环境保护工作者和经济学界等，他们都在以各自研究方式揭示着光污染的害处，以各自的倡导方式推进暗夜保护全球行动。

我国2018年6月2日也发射了全球首颗专业夜光遥感卫星——珞珈一号科学试验卫星，主要用于夜光遥感及导航增强技术验证。如图 9 所示为山东半岛、广东广州、云南昆明附近的夜天光情况和对应的谷歌地图。

(੭‾᷄㉨‾᷅)੭保护暗夜人人有责。