Tốc độ phát sáng nhân tạo do con người tạo ra trên bầu trời đêm đang tăng lên tới 10% mỗi năm, khiến các nhà thiên văn học ngày càng khó khăn hơn trong việc quan sát bầu trời đêm.
Ánh sáng ngoài trời dùng cho các tòa nhà, đường phố và biển quảng cáo giúp con người có thể nhìn rõ trong bóng tối, nhưng nhiều nhà thiên văn đang ngày càng lo ngại rằng những ánh sáng này đang làm mờ đi tầm nhìn vào vũ trụ.
Khoa học nóng bỏng giữa đêm tối lạnh giá
Dù các kính viễn vọng bay trên quỹ đạo như Kính viễn vọng Hubble hay Kính viễn vọng Không gian James Webb mang lại cho các nhà nghiên cứu góc nhìn đặc biệt về vũ trụ — nhất là vì chúng có thể quan sát ánh sáng bị khí quyển Trái Đất che khuất — các kính viễn vọng mặt đất vẫn tiếp tục dẫn đầu các khám phá tiên tiến.
Kính viễn vọng đặt trên mặt đất thu nhận ánh sáng nhờ các gương phản xạ cực lớn và chính xác, có thể rộng từ 6 đến 10 mét. Việc chuyển toàn bộ quan sát thiên văn lên không gian để tránh ô nhiễm ánh sáng là không khả thi, vì các sứ mệnh không gian tốn kém hơn rất nhiều, chưa kể rất nhiều kính viễn vọng mặt đất lớn đã và đang được xây dựng.
Trên thế giới hiện có 17 kính viễn vọng mặt đất có gương chính lớn bằng hoặc lớn hơn gương 6 mét của kính Webb, và thêm 3 kính đang trong quá trình xây dựng với gương dự kiến rộng từ 24 đến 40 mét.
Kính viễn vọng mới nhất vừa bắt đầu nhiệm vụ khoa học, Đài quan sát Vera Rubin ở Chile, có gương rộng 8,5 mét và camera 3 gigapixel. Một trong các nhiệm vụ của nó là lập bản đồ phân bố vật chất tối trong vũ trụ.
Để làm được điều đó, nó sẽ thu thập mẫu 2,6 tỷ thiên hà. Thiên hà điển hình trong mẫu này có ánh sáng chỉ bằng 1% so với độ sáng tự nhiên trong không khí đêm của khí quyển Trái Đất, nên chương trình của Đài Rubin phụ thuộc vào bóng tối tự nhiên gần như tuyệt đối.
Bất kỳ ánh sáng nào bị tán xạ vào ban đêm — ánh sáng đường phố, chiếu sáng công trình, biển quảng cáo — sẽ làm tăng độ chói và nhiễu nền, khiến số lượng thiên hà mà Rubin có thể đo chính xác trong cùng thời gian giảm đáng kể, hoặc kéo dài đáng kể thời gian phơi sáng để đạt được kết quả tương tự.
Cuộc cách mạng đèn LED
Các nhà thiên văn đặc biệt quan tâm đến ánh sáng nhân tạo trong dải xanh lục của phổ điện từ, vì đây từng là phần tối nhất của bầu trời đêm. Một thập kỷ trước, ánh sáng ngoài trời phổ biến nhất là đèn hơi natri. Chúng phát ra ánh sáng màu cam hồng, nghĩa là rất ít ánh sáng xanh và xanh lá.
Ngay cả các đài quan sát tương đối gần các khu vực đô thị phát triển cũng vẫn có bầu trời tối tự nhiên ở phần xanh và xanh lá của phổ, tạo điều kiện cho nhiều hoạt động quan sát.
Rồi cuộc cách mạng chiếu sáng LED ra đời. Đèn LED phát ra ánh sáng với phổ màu rộng và hiệu suất rất cao — tức là tạo ra nhiều ánh sáng trên mỗi watt điện năng tiêu thụ. Phiên bản đầu tiên của LED phát ra phần lớn năng lượng ở vùng xanh và xanh lá, nhưng công nghệ ngày càng phát triển giúp tạo ra ánh sáng “ấm” hơn với ít ánh sáng xanh và xanh lá hơn nhưng vẫn giữ hiệu suất cao.
Tuy nhiên, bầu trời đêm vốn từng trong lành giờ đây đã có nhiều ánh sáng hơn, đặc biệt là ánh sáng xanh và xanh lá từ đèn LED ở các thành phố và thị trấn, chiếu sáng đường phố, không gian công cộng và biển quảng cáo.
Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã đặt hàng một nghiên cứu vào năm 2019, và dự đoán khi đó rằng hiệu suất năng lượng cao hơn của đèn LED sẽ giúp giảm lượng điện năng sử dụng cho chiếu sáng ban đêm, trong khi lượng ánh sáng phát ra vẫn giữ ở mức tương đương.
Tuy nhiên, các vệ tinh quan sát Trái Đất cho thấy điều đó không đúng. Lượng ánh sáng thực tế đang tăng đều đặn, nghĩa là các thành phố và doanh nghiệp sẵn sàng duy trì hóa đơn tiền điện ở mức tương tự khi hiệu quả năng lượng được cải thiện, đơn giản nghĩa là có nhiều ánh sáng hơn.
Bóng tối tự nhiên đang thu hẹp
Khi hoạt động của con người ngày càng lan rộng theo thời gian, nhiều khu vực xa xôi từng là nơi đặt đài quan sát đang trở nên gần khu vực dân cư hơn. Các vùng sáng lan tỏa từ các đô thị lớn làm sáng hơn bầu trời tối ở các đài quan sát trên đỉnh núi cách xa tới 320 km. Khi các khu đô thị này nằm sát bên đài quan sát, ánh sáng lan tỏa lên bầu trời càng mạnh, khiến việc phát hiện các thiên hà và ngôi sao mờ nhất trở nên khó khăn hơn rất nhiều.
Khi Đài quan sát Mt. Wilson được xây dựng trong khu rừng quốc gia Angeles gần Pasadena, California, vào đầu thế kỷ 20, đó là một địa điểm rất tối, cách xa khu vực Greater Los Angeles là nơi có 500.000 người sinh sống lúc đó. Ngày nay, khu vực Los Angeles có tới 18,6 triệu người sinh sống, và sự phát triển đô thị đã kéo con người đến gần Mt. Wilson hơn rất nhiều.
Khi Đài quan sát Quốc gia Kitt Peak bắt đầu xây dựng vào cuối những năm 1950, nó còn cách xa khu vực đô thị Tucson, Arizona, với dân số 230.000 người. Hiện nay khu vực này đã có 1 triệu dân, và Kitt Peak phải đối mặt với ô nhiễm ánh sáng nhiều hơn.
Ngay cả các kính viễn vọng ở những vùng tối hơn và biệt lập hơn — như miền Bắc Chile hay miền Tây Texas — cũng bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm ánh sáng từ các hoạt động công nghiệp như khai thác mỏ lộ thiên hoặc các cơ sở dầu khí.
Trường hợp của Đài quan sát Nam Âu
Một thách thức hiện đại đang đặt ra cho Đài quan sát Nam Âu (ESO), đơn vị vận hành bốn trong số các kính viễn vọng quang học lớn nhất thế giới. Vị trí của họ ở miền Bắc Chile rất biệt lập và được bảo vệ theo quy định quốc gia nghiêm ngặt nhằm bảo vệ bầu trời đêm.
AES Chile, một nhà cung cấp năng lượng với sự hậu thuẫn mạnh mẽ từ các nhà đầu tư Mỹ, đã công bố kế hoạch vào tháng 12 năm 2024 phát triển một nhà máy công nghiệp lớn và trung tâm vận tải gần đài quan sát. Nhà máy sẽ sản xuất hydro lỏng và amoniac cho năng lượng xanh.
Mặc dù chính thức tuân thủ các tiêu chuẩn chiếu sáng quốc gia, nhà máy hoàn chỉnh có thể phát tán đủ ánh sáng nhân tạo vào bầu trời đêm để biến bóng tối nguyên sơ hiện tại của đài quan sát thành tình trạng tương tự như một số đài quan sát cổ điển hiện nằm gần các khu đô thị lớn.
Ô nhiễm ánh sáng này có thể khiến cơ sở này mất khả năng phát hiện và đo đạc các thiên hà và ngôi sao mờ nhất.
Ô nhiễm ánh sáng không chỉ ảnh hưởng đến các đài quan sát. Hiện nay, khoảng 80% dân số thế giới không thể nhìn thấy dải Ngân Hà vào ban đêm. Một số thành phố châu Á sáng đến mức mắt người đi bộ ngoài trời không thể thích nghi để nhìn trong bóng tối.
Năm 2009, Liên minh Thiên văn Quốc tế tuyên bố rằng mọi người đều có quyền được nhìn thấy ánh sáng sao. Bầu trời đêm tối là tài sản chung của toàn nhân loại — vẻ đẹp kỳ vĩ của nó không cần bạn phải là nhà thiên văn mới có thể cảm nhận được.
Ô nhiễm ánh sáng từ thành phố Moscow cho thấy ánh sáng đô thị có thể làm sáng bừng bầu trời đêm như thế nào. Ảnh: Wikimedia Commons
Đài quan sát Vera Rubin đặt ở núi Chile để tránh ô nhiễm ánh sáng. Ảnh: Rubin Observatory
Nhiều kính viễn vọng thuộc Đài quan sát Quốc gia Kitt Peak ở dãy núi Quinlan, Arizona. Ảnh: Wikimedia Commons
