Podľa LADISLAVA KÓMARA z Ústavu stavebníctva a architektúry SAV je svetelné znečistenie téma, ktorá v budúcnosti ešte zarezonuje. Nárast nočného osvetlenia v mestách ovplyvňuje celé ekosystémy.
Hlavnou témou vášho výskumu je svetelné znečistenie. Z akého uhla pohľadu sa mu venujete?
Riešime nočné svetlá mesta ako pozemné zdroje žiarenia rozptyľujúce sa v atmosfére. Aj keď nejde o nový výskumný smer, skúmanie svetelného znečistenia sa dostáva do popredia. Jeho intenzívne sledovanie sa začalo vyslaním družíc do vesmíru a vďaka nočnému monitorovaniu Zeme dnes už vieme, že aj keď sa v minulosti odhadoval nárast svetelného znečistenia v priemere na dve percentá ročne, podľa najnovších výskumov je to až 10 percent, čo je dosť alarmujúce.
Svetelné znečistenie dokážete vypočítať, ale aj zmerať oblohovým skenerom…
Oblohový skener nie je nový vynález, istá japonská firma ich vyrába už desaťročia. Ale to, čo ponúkajú za veľké peniaze, sme si u nás v ústave vyrobili doslova na kolene. Tento skener je vybavený fotonásobičom, ktorý dokáže „počítať fotóny“ a zaznamenávať aj veľmi nízke intenzity žiarenia. Práve to je vhodné pri nočnej oblohe ďaleko od mesta, kde svetelné znečistenie klesá na veľmi nízke úrovne a aj napriek tomu ho dokážeme týmto prístrojom spoľahlivo zmerať.
Robievate aj výjazdy do terénu?
Sme zväčša teoretici a vedu robíme od stola. Ale to, čo spočítame, si musíme overiť. Testovacie výjazdy do terénu sú teda potrebné kvôli verifikovaniu našich modelov. A ukázalo sa, že sú použiteľné.
Kde je na Slovensku najväčšie a kde najmenšie svetelné znečistenie?
Najväčšie je, pochopiteľne, v Bratislave. Ale aj v iných veľkých mestách. Centrum mesta je ovplyvnené zo všetkých strán, kupola alebo svetelný dóm smerom k okraju mesta slabne. V Bratislave je najvyššia koncentrácia svetelného znečistenia v lokálnych centrách ako napríklad Nivy. Naopak, najmenšie svetelné znečistenie na Slovensku je v Poloninách.
Aké sú možné riešenia pre zníženie svetelného smogu v mestách?
Aby sme ušetrili, v súčasnosti je trendom výmena pouličného osvetlenia za LED. Robí sa to však bez ohľadu na biosféru a človeka. Dopadové štúdie sa prakticky nerobia. V prvom rade je dôležité, aby pouličné svetlo smerovalo nadol, na chodník. Negatívum ale predstavuje farba svetla. Modrá zložka z LED osvetlenia sa rozptyľuje viac ako žltá a v konečnom dôsledku môže spôsobiť ešte väčší nárast svetelného znečistenia.
Zistilo sa však, že pouličné osvetlenie tvorí len 30 percent svetelného znečistenia. Gro tvoria vertikálne zdroje ako okná, nasvietené kultúrne pamiatky a najmä LED bilbordy, ktoré svietia do priestoru a zároveň využívajú modrú LED zložku. Čo sa týka nočného osvetlenia kultúrnych pamiatok – v súčasnosti sú síce technológie, ktoré okrešú svetelný kužeľ presne na danú pamiatku, no problém je samotný odraz svetla. Tu sa treba zamyslieť, či je potrebné, aby boli nasvietené celú noc. Pomohlo by tiež zaťahovať žalúzie alebo závesy v byte, aby sa svetlá z bytov ďalej nešírili von.
Nebolo by riešením nastavenie žltého svetla na pouličnom LED osvetlení? Je to možné?
Čo sa týka farby, LED technológia je programovateľná. No pokiaľ nespojíte všetky tri RGB zložky a jednu vynecháte, aby bola farba napríklad viac dožlta, počet lúmenov, respektíve intenzita svetla sa zníži. Potom je nutné dodať väčší príkon a 20-wattová LED žiarovka bude mať zrazu spotrebu napríklad 80 wattov. Existujú tiež filtre, ktoré možno použiť, ale opäť znižujú jas a je nutné zvýšiť príkon.
Spomínali ste vplyv svetelného smogu na biosféru. Aké následky môže mať na rôzne ekosystémy?
Samotná evolúcia sa postarala o to, že živočíchy aj rastliny sú nastavené na striedanie dňa a noci. My ľudia sme tento cyklus narušili výrazným spôsobom. Nočné živočíchy, ktoré cez deň spia a v noci lovia, sa vďaka nočnému svetlu nevydávajú na lov a následne trpia hladom. Dôsledkom môže byť premnoženie hlodavcov, keďže sovy ich nelovia, a to má zas vplyv na úrodu na poliach, ktorú zožerú.
Čo sa týka rozmnožovania, ako príklad môžeme uviesť korytnačky, ktoré by po vyliahnutí z vajíčka na pláži mali nasledovať svetlo mesiaca a ísť prirodzene do oceánu. Tým, že sú vysvietené mestá pri plážach, zamieňajú si ich s mesiacom a hynú. Svetelné znečistenie ovplyvňuje aj rozmnožovanie chránených druhov. V pouličnom osvetlení hynie od vyčerpania množstvo hmyzu a každoročne zahynie pri migrovaní niekoľko sto miliónov vtákov pri zrážkach s osvetlenými budovami. Ak sa naruší jedna časť v potravinovom reťazci, trpí automaticky aj tá ďalšia.
Aký to má dosah na ľudské zdravie?
Spánok je jeden z mála mechanizmov, keď sa ľudské telo dokáže regenerovať. Tým, že si svietime pred spaním alebo sme svetlu vystavení počas spánku, spánkový hormón melatonín sa vylučuje v menšej miere. Človek zaspáva aj sa budí ťažšie, spánok nie je dostatočne kvalitný. Niektoré štúdie preukázali dokonca súvis medzi uvoľňovaním melatonínu v organizme a rakovinou prsníkov alebo prostaty. Je to, samozrejme, komplikovanejšie a môže za to aj genetika a iné faktory, ale jedným z nich môže byť práve pokles melatonínu v organizme počas nočných hodín.
Vo vašom ústave sa nachádza umelá obloha. Aká je jej história a na čo slúži dnes?
V minulosti sa využívala na simulovanie denného svetla. Testovali sme tu svetlovody, na maketách sa zisťovalo, aké bude vnútorné osvetlenie v budovách, ktoré sa majú stavať. Umelá obloha simulovala rozloženie jasu na oblohe podľa normy CIE (Medzinárodná komisia pre osvetlenie, pozn. red.). Táto norma zahŕňa 15 oblohových typov a vznikla na základe prác docenta Kittlera (doc. Ing. Richard Kittler, DrSc., vedec celosvetového významu, podstatne prispel k rozvoju poznania v oblasti denného osvetlenia, v ÚSTARCH pracoval od roku 1953, pozn. red.). Vo svete je ich niekoľko a väčšinou sa už nepoužívajú, pretože všetky výpočty dnes už nahradili počítače. Naša umelá obloha sa pred šiestimi rokmi rekonštruovala z prostriedkov projektu APVV a kalibrovala sa na zamračené oblohové stavy a umelé slnko.
„Naša umelá obloha sa už na simuláciu denného svetla využíva málo. Preto sme si povedali: Prečo by nemohla fungovať ako planetárium?“
Vašou ambíciou je, aby sa v budúcnosti využívala ako planetárium. V akom štádiu plánov alebo príprav je tento nápad?
Naša umelá obloha sa už na simuláciu denného svetla využíva málo. Preto sme si povedali: Prečo by nemohla fungovať ako planetárium? Dalo by sa tu popri simulovaní dennej oblohy vytvoriť vedecké kino, ktoré by nielen premietalo nočnú oblohu, ale aj dokumentárne filmy a výučbové programy. Momentálne sa rekonštruujú vnútorné priestory ústavu a malo by dôjsť aj na rekonštrukciu umelej oblohy. V priebehu tohto roka sa budeme snažiť zohnať financie cez grantové schémy, oslovíme tiež Predsedníctvo SAV a mimovládne a neziskové organizácie, ktoré sa dlhodobo snažia o vytvorenie planetária v Bratislave. Tá je jedným z mála hlavných miest v Európe, ktoré nemá planetárium. Ak sa nám plán podarí a planetárium sa dostane do povedomia škôl, myslím, že oň bude enormný záujem.
Na oddelení optiky a termofyziky sa zaoberáte aj problémami efektívneho využívania denného svetla v interiéri. Napríklad pomocou svetlovodov. O čo presne ide?
Hlavným zdrojom denného svetla v budovách sú, prirodzene, okná. Nájdu sa však prípady, keď je potrebné priviesť denné svetlo do interiéru iným spôsobom, napríklad do šatníka alebo chodby. Tu majú svoje uplatnenie práve svetlovody. Sú to rúry s vysokoreflexným materiálom na vnútornej strane, obvykle ide o leštený hliník, ktorý síce s menšími stratami, ale predsa len dokáže transportovať svetlo dovnútra a pomocou difúzorov ho rozptýli do celej miestnosti.
Prečo sa tieto systémy v praxi viac nevyužívajú? Predsa len ide o šetrenie zdrojov, čo je v súčasnosti veľká téma.
Na Slovensku aj v zahraničí ide stále skôr o luxusný prvok v novostavbách. Každý kus je unikát, vždy treba podľa parametrov stavby vypočítať hrúbku a dĺžku tubusu, možnosti osadenia v dome. Pokiaľ chcete mať viac svetla, svetlovod musí byť širší a kratší. Neraz je potom otázne, či nie je lepším a lacnejším riešením jednoducho vysekať dieru do stropu. Počas našich popularizačných aktivít sa pri našom stánku občas pristavia ľudia, ktorí ich majú doma v šatníku alebo na toaletách a pochvaľujú si ich aj z hľadiska úspory elektrickej energie.
Keď hovoríme o prenose svetla, aká je jeho skutočná intenzita v interiéri?
Počas jasných dní je účinnosť svetlovodu okolo 80 percent, závisí to tiež od materiálu a parametrov. Pri zamračenej oblohe sa však zo svetlovodu stáva šerovod. Preto je dôležité vedieť aj to, koľko slnečných dní býva v danej lokalite. U nás a celkovo v strednej Európe prevláda polooblačné počasie, čo je veľmi špecifické. Pohyb oblakov na oblohe je stochastický problém. Existujú však štatistické modely, ktoré vieme použiť a povedať, aká bude svetelná účinnosť svetlovodu počas roka a či sa ho v danej lokalite oplatí využívať.
V roku 2019 vyšla nová európska norma pre denné osvetlenie v budovách, ktorá stanovuje koeficient vnútorného osvetlenia, ale už s prihliadnutím na klimatické charakteristiky jednotlivých miest. Týmto požiadavkám sa v súčasnosti prispôsobujú aj zariadenia ako svetlovody. My skúmame, či tieto zariadenia vyhovujú štandardom, pretože aj zákazník vyžaduje, aby norma bola dodržaná.
Existujú okrem svetlovodov aj iné podobné systémy?
Áno, napríklad anidolické stropné systémy. V tomto prípade hovoríme o stropnej rúre pokrytej vysokoreflexným materiálom, vďaka ktorému sa svetlo šíri z fasády budovy až dovnútra. Cez horizontálne otvory bude svetlo svietiť smerom nadol do interiéru.
Ďalším možným riešením sú v zahraniční dosť známe svetelné šachty. Momentálne máme spoluprácu s istou švajčiarskou firmou, ktorá ich vyrába. Robíme pre nich výpočtový softvér, vďaka ktorému budú schopní vypočítať, ako čo najefektívnejšie dostať čo najviac denného svetla do podzemných priestorov. Funguje to tak, že napríklad do šachty, pôvodne určenej na odvetrávanie pivničných priestorov, sa vložia zrkadlá. Tie sa vhodne nastavia a denné svetlo tak prúdi aj do podzemných priestorov.
Venujete sa síce základnému výskumu, je tam však prepojenie na aplikácie. Akými cestičkami k vám prichádzajú možné spolupráce?
Naše matematické a fyzikálne modely sa snažíme publikovať vo vedeckých časopisoch s vysokým impakt faktorom. Spolupracujeme na nich s kolegami zo Španielska, z Rakúska, Nemecka a USA. Kontakty vznikajú aj vďaka konferencii, ktorú organizujeme každé dva roky v spolupráci s kolegami z rôznych štátov. Prvá sa uskutočnila v Smoleniciach v roku 2013, odvtedy sa koná vždy v inej krajine. Potom sa občas stane, že niekto – väčšinou zo zahraničia – tieto články objaví a na konferenciách, na ktorých sa zvyčajne zúčastňujú aj firmy z danej brandže, nás oslovia.
Treba však povedať, že týmto témam sa náš ústav venoval už pred 15 rokmi. V čase, keď som sem nastúpil, bol výskum na svojom vrchole, ale stále sa tu dá ešte objaviť niečo nové. Svedčí o tom aj spolupráca týkajúca sa svetelných šácht so spomínanou švajčiarskou firmou, s ktorou plánujeme aj ďalšie aktivity.
Prezraďte viac aj o iných spoluprácach, úspechoch…
Z amerického mesta Tucson nás napríklad v roku 2017 oslovili, aby sme im na základe nášho modelu vypočítali, ako sa zmení svetelné znečistenie, ak v istej časti mesta vymenia pouličné osvetlenie za LED so smerovaním na chodníky a cesty, bez osvetlenia horného polpriestoru. Po rekonštrukcii sa ukázalo, že náš model mal veľmi dobrú zhodu s reálnymi meraniami a svetelné znečistenie v oblasti sa znížilo.
Nedávno sme tu mali tiež návštevu z Čile, kde majú veľké ďalekohľady Európskeho južného observatória a z toho dôvodu si dávajú veľký pozor na svetelné znečistenie. Požiadali nás o spoluprácu pri úprave existujúcej legislatívy na základe našich výpočtov.
Záujem o spoluprácu prišiel tiež z Číny, ktorá je priekopníkom v diaľkovom monitorovaní Zeme. Sú ochotní poskytnúť nám satelitné dáta, ktoré získavajú. Majú takisto záujem robiť s nami výskum v oblasti svetelného znečistenia.
Čo sa týka publikácie, minulý rok sme publikovali článok v časopise Nature Astronomy. Poukázali sme na to, že niektoré súčasné modely sú príliš jednoduché, následkom čoho dochádza k systematickým chybám vo výpočtoch a tie následne nekorelujú s meraniami. Niekedy je to až 50 percent.
RNDr. LADISLAV KÓMAR, PhD., pôsobí v Ústave stavebníctva a architektúry SAV na oddelení optiky a termofyziky. Študoval fyziku na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky na Univerzite Komenského v Bratislave. Výskumne sa zameriava na štúdium svetelného znečistenia a charakterizáciu atmosférických aerosólov.
Stanislava Longauerová
Foto: Martin Bystriansky
Časopis Akadémia 01/2024