Estudio de la evolución de la contaminación lumínica de Madrid mediante medidas del brillo y del color del cielo nocturno / The Evolution of Light Pollution Using Measurements of Night Sky Brightness and Color in Madrid

Resumo

El siguiente trabajo de investigación tiene por objetivo el estudio de la evolución de la contaminación lumínica en Madrid durante el periodo de 2010 a 2020 usando medidas del brillo del cielo nocturno y sus colores asociados. Se ha empleado un método estadístico no-paramétrico para estudiar dicha evolución. La estación de monitorización de brillo y color de cielo nocturno de la Universidad Complutense de Madrid ha colectado mediciones con una cámara de calidad astronómica (AstMon) con objetivo de ojo de pez para Johnson B, V y R, un par de fotómetros para la medición de calidad de cielo nocturno (SQM) y otro fotómetro con un codificador telescópico de cielo conectado via WiFi (TESS-W). Los datos colectados durante este periodo muestran que el brillo de cielo nocturno ha variado debido al cambio de tecnología de las farolas de sodio a tipo LED más farolas de sodio remanentes y la reducción de potencia eléctrica utilizada durante las noches para el sistema de alumbrado. En concreto el cambio de potencia fue regulado de 250 W/ 150W a 150 W/ 70 W en conjunto con diferentes tecnologías para los difusores de luz. Durante el año 2015 también se efectuaron otros cambios de farolas redondas de 150 W a farolas semi-redondas que utilizaban 56 W de potencia. Las farolas redondas de 150 W con 0% y las farolas de 56 W con 5% de luz emitida sobre el horizonte respectivamente. La metodología para estudiar la evolución del brillo y color para un núcleo urbano denso como Madrid incluye un filtrado de datos manual y otro automático para eliminar datos que se estén contaminados por la iluminación de la Luna o la presencia de las nubes. El método manual permite visualizar todos los datos de la serie, observar variaciones particulares en el brillo nocturno y aprender acerca de los efectos de la Luna y las nubes sobre el brillo y color. Por otro lado, el método automático utiliza una regresión de curvas por segmentos. Este método de curvas segmentada permite filtrar los datos basado en un conjunto de axiomas matemáticos para caracterizar el brillo de cielo y color sin la presencia de la Luna y las nubes. La monitorización del cielo nocturno a través de instrumentos como AstMon que permite medir en un sistema de multi canales es limitada debido a los costes de adquisición y posterior mantenimiento. Se presenta en este trabajo de doctorado un estudio de la evolución de brillo de cielo nocturno y su color utilizando una cámara all-sky. Esto ha permitido explorar por primera vez en un gran núcleo urbano el análisis de una serie extensa y continua del brillo del cielo para una ciudad que ha cambiado de farolas de sodio a LED + HPS y en la potencia de su alumbrado público. Los mayores cambios en el alumbrado público fueron registrados para el periodo 2015-2016. Antes del periodo de mayor cambio la banda fotométrica Johnson B registró un oscurecimiento del 14% de 2011 al 2015, mientras que después el brillo del cielo aumentó en un 32% de 2015 a 2019. El brillo del cielo medido en Johnson V se ha abrillantado en un 11% después del cambio de tecnología, mientras que el brillo en medido en Johnson R se ha mantenido oscureciendo desde 2015 hasta 2019. La dispersión de luz en la atmósfera indican un cambio de rojizo a azulado. En general, después del cambio de tecnología los fotómetros han detectado una reducción del brillo del cielo nocturno pero dicha reducción ha tenido un retroceso para años posteriores. Este retroceso muestra que sin una estrategia adecuada el cambio de tecnología a LED no es óptimo para reducir los efectos de contaminación lumínica, incluso después de reducir la potencia en el alumbrado público. El ahorro energético durante el periodo estudiado no se ha dado por el cambio de tecnología, en realidad la reducción de potencia en conjunto con la luz emitida sobre el horizonte de las farolas ha demostrado ser efectivas para medidas de la reducción de la contaminación lumínica.