Bewertung der Lichtverschmutzung im Raum Pforzheim

Bernd Weisheit; Sternwarte Huchenfeld

Zusammenfassung/Abstract

Eine Auswertung der Lichtverschmutzung auf Basis von Satellitendaten und lokalen Datenerhebungen zeigt, dass die Sternwarte Huchenfeld im Übergangsbereich zwischen den Himmelshelligkeiten Bortle 5 und Bortle 4 liegt. Damit ist die Hintergrundhelligkeit des Himmels noch nutzbar, wann auch schon merklich störend die Resultate beeinflussend. Gravierender ist die lokale Lichtbelastung durch Beleuchtungseinrichtungen unmittelbar vor Ort, rund um das Gelände herum.

Einleitung/Introduction

Der Begriff „Lichtverschmutzung“ beschreibt die extreme Aufhellung unseres Nachthimmels durch künstliche Lichtquellen, deren Licht in der Atmosphäre gestreut wird. Dies hat gerade in den letzten Jahrzehnten das nächtliche Stadt- und Landschaftsbild extrem verändert. Leider stammt ein Großteil dieser Lichtverschmutzung von schlecht konstruierten oder ineffektiven Lichtquellen, vor allem von veralteter Straßenbeleuchtung oder falsch verstandener Gebäude- oder Werbeflächenbeleuchtung. Zunehmend gesellen sich hierzu noch private Installationen, etwa zur vermeintlichen Einbruchssicherung. Neben der unnötigen Energie- und Geldverschwendung hat die Lichtverschmutzung auch negative Auswirkungen auf Menschen, Natur und Umwelt, da hierbei der natürliche Wechsel aus Tag und Nacht gestört wird.

Methoden/Methods

Zur Auswertung der überregionalen Himmelshelligkeit wurde eine Auswertung auf Basis von frei zugänglichen Satellitendaten des Light Pollution Atlas gemacht. Diese Daten lassen sich zudem zur exakteren Lokalisierung mit Oberflächenplänen der OpenStreetMap überlagern. Zur Einschätzung der Bortel-Helligkeiten wurden zudem eigene Milchstraßen-Panoramabilder, die unter unterschiedlichen Bortle-Himmeln aufgenommen wurden, mit dem eigentlichen Sternwartenstandort verglichen.
Die lokale Bewertung wurde im Rahmen einer örtlichen Begehung und durch fotografische Dokumentation vorgenommen.

Ergebnisse/Results

(1) Das Ausmaß der Lichtverschmutzung

Die Lichtverschmutzung muss man in zwei Hauptfaktoren unterscheiden. Da ist zum einen die direkte Beleuchtung aus Einzelquellen in der unmittelbaren Nähe und da ist zum zweiten die diffuse Lichtglocke, die sich aus dem Streulicht unzähliger naher und ferner Lichtquellen zusammensetzt.

a) Fernes Streulicht

Der Blick auf das Satellitenbild (Quelle 1) der Erde bei Nacht lässt das lichtdurchflutete Europa deutlich zutage treten.

Selbst in abgelegenen Regionen Europas stören heute schon die Streulichtglocken der Städte. Auch die Kernstadt von Pforzheim erzeugt bereits eine Lichtverschmutzung, die bis zu 20 Kilometer über die Stadtgrenzen hinausreicht. Ein Detailblick (Quelle 2) auf die selbst auf der Europakarte erkennbare Lichtbrücke entlang des Nordschwarzwalds von (Straßburg über) Karlsruhe nach Stuttgart lässt Pforzheim in seiner lichtverschmutzten Umgebung zutage treten, zeigt beim heran-zoomen aber auch den Eigenanteil der Stadt.

Teuer erkauftes Streulicht, dass den Himmel und die Umwelt ausleuchtet, dass aber nicht seinem eigentlichen Zweck nachkommt. Eine bessere Lichtplanung könnte auch in Pforzheim den Energieverbrauch und damit den CO2-Ausstoß, die Energie- und Betriebskosten sowie eine Beeinträchtigungen der natürlichen Umgebung massiv reduzieren. Moderne Beleuchtungstechnik und Gestaltung des öffentlichen Raumes durch ein effizientes Lichtmanagement könnten etwa am Beispiel der Stadt Pforzheim jährlich Stromkosten im sechsstelligen Bereich einsparen, zugleich die Lebensqualität von Menschen, Umwelt und Natur positiv prägen. Zu einer nachhaltigen Kommunalpolitik gehört es, dass ökologisch unverzichtbare und natürlich dunkle Naturräume in der Stadt und auf dem Land unbedingt erhalten bleiben.

b) Lokale Lichtverschmutzung

Eine wesentliche Quelle der lokalen Lichtverschmutzung sind zu helle, zu dicht gestellte und umwelttechnisch überholte Straßen- und Gewegbeleuchtungen sowie die Beleuchtung von Gebäuden und Gärten. In letzterem Punkt wurde auch in Baden-Württemberg in den zurückliegenden Jahren ein bedeutender Fortschritt erzielt. In der Fassung vom 10. Februar 2023 beschränkt das Naturschutzgesetz Baden-Württemberg ein Verbot der Fassadenbeleuchtung ist nicht mehr auf Gebäude der öffentlichen Hand, sondern gilt nun ganz allgemein für alle „bauliche Anlagen“, wie Privathäuser, Firmen oder Kirchen. Nur im Winterhalbjahr (1. Oktober bis 31. März) dürfen die Gebäude von außen noch abends bis 22 Uhr und ab 6 Uhr morgens beleuchtet werden. Ein Zeitraum, der übrigens auch für Weihnachtsaußenbeleuchtungen sinnvoll ist, auch wenn hier der Gesetzgeber eine Ausnahme zubilligt.

In der Praxis vermischen sich direkte und indirekte Lichtverschmutzung, wie eine nächtliche Übersichtsaufnahme des Geländes an der Huchenfelder Sternwarte zeigt:

Das Band der Milchstraße (links der Bildmitte) ist visuell und fotografisch nur noch schwach erfassbar, viele Sternbilder sind kaum noch zu erkennen. Ein Kulturgut, dass den modernen Menschen seit seiner Entstehung begleitete, dass seine Religiosität, seine Zeitwahrnehmung und den jahreszeitlichen Kalender, sein Weltbild und seine wissenschaftliche Neugier formte, verschwindet buchstäblich von den eigenen Augen.

Wie Messungen ergeben haben, ist selbst in einer besonders klaren Nacht der Himmel über der Sternwarte im Zenit bereits mehr als dreimal so hell wie der natürliche Himmelshintergrund.

Inzwischen gibt es aufgrund mehrerer Initiativen Darstellungen zur Lichtverschmutzung, welche die Helligkeitsmessungen der Erde von verschiedenen Forschungs- und Überwachungssatelliten auf Kartenmaterial übertragen haben. So sind heute nicht nur lokale Angaben zur Lichtverschmutzung für nahezu jeden Ort weltweit verfügbar, sondern auch deren zeitliche Entwicklung, da diese Daten seit vielen Jahren immer wieder aktualisiert werden.

Anbei eine Zusammenstellung der Verfügbaren Daten für den Standort der Sternwarte Huchenfeld ergänzt um genaue geografische Angaben. Die Helligkeit des (sternlosen) Himmelshintergrunds (in Quadratbogensekunden) ist mit 20,73 mag bereits um 1,27 Größenklassen heller als beispielsweise der unverschmutzte „Bortle 1“-Himmel in der Zentralsahara mit 22,0 mag pro Quadratbogensekunde. Da es sich hierbei um eine logarithmische Helligkeitsskala handelt, entspricht der gemessene Unterschied einem 3,175-fach helleren Himmel.

Mit einer Einstufung von Bortle 4 ist der Himmel hier am Südost-Rand von Huchenfeld bereits merklich besser als in der noch stärker beleuchteten Ortsmitte oder im Oberdorf, wo sich das Streulicht der nahen Stadt Pforzheim noch stärker bemerkbar macht.

(2) Welches Ausmaß hat die Lichtverschmutzung hier vor Ort?

Zur Messung der Lichtverschmutzung, also der Menge an Streulicht in unserer Atmosphäre, gibt es unterschiedliche Methoden. Natürlich erlauben aufwändige Messgeräte eine genaue quantitative Bestimmung des Streulichtanteils. Es gibt aber auch gute Einschätzungsmethoden, die auf der einfachen Beobachtung des Nachthimmels mit dem bloßen Auge beruhen. Dies kann dann beispielsweise darin bestehen, die schwächsten, eben noch erkennbaren Sterne zu bestimmen. Eine Methode, die zu ähnlichen Einschätzungen führt, ist die Bewertung der Sichtbarkeit des nächtlichen (sommerlichen) Milchstraßenbandes am jeweiligen Standort.

Beispielbilder des (fotografischen) Milchstraßeneindrucks bei den Himmelshelligkeiten Bortle 7 (ganz links, Innenstadt Pforzheim), Bortle 5 (Huchenfeld), Bortle 4 (Nordschwarzwald) und Bortle 2 (ganz rechts, Hochgebirge).

Solchen Einschätzungen liegt die sogenannte Bortle-Skala zugrunde. Sie bewertet die Dunkelheit des Nachthimmels in einer neunstufigen Skala:

Bortle 1: extrem dunkel (Schwächste noch erkennbare Sterne mit einer Grenzgröße von 8,0 bis 7,6 mag)
Einen so dunklen Himmel gibt es auf der Erde nur noch in großen Wüsten oder auf hoher See, fernab von den Küsten der Kontinente. Gegenstände sind in dieser Dunkelheit nicht mehr zu erkennen, die Milchstraße ist ein gleißend helles Band, helle Planeten wie Jupiter und Venus werfen einen Schatten.
Bortle 2: sehr dunkel (Sterne der Grenzgröße 7,5 bis 7,1 mag sichtbar)
Einen solchen Himmel finden wir noch im Hochgebirge, wo auch die großen, modernen Sternwarten angesiedelt sind. Die Sommermilchstraße erscheint kontrastreich und stark strukturiert. Wolken am Nachthimmel sind nur indirekt als dunkle Flecken vor dem Sternhimmel erkennbar. Gegenstände sind nur schemenhaft erahnbar.
Bortle 3: dunkel (Sterne der Grenzgröße 7,0 bis 6,6 mag sichtbar)
Einen solchen Himmel finden wir in Deutschland (noch) in sehr abgelegenen, ländlichen Regionen oder auf machen Gipfeln der Mittelgebirge. Die Milchstraße erscheint uns noch beeindruckend differenziert. Der Horizont ist zumeist von fernen Städten merklich lichtverschmutzt. Menschen und Gegenstände sind bei Nacht deutlich erkennbar.
Bortle 4: leicht aufgehellt (Sterne der Grenzgröße 6,5 bis 6,1 mag sichtbar)
Einen solchen Himmel finden wir im Nordschwarzwald bis hin zum Übergang in die Gemeinden/Vorstädte. Die Milchstraße ist noch deutlich sichtbar, wirkt aber bereits etwas flau und diffus. Der Horizont ringsherum zeigt bis in merkliche Höhen eine deutliche Lichtverschmutzung. Die Wolken am Nachthimmel werden bereits vom Streulicht grau oder schmutzig-gelb angestrahlt. Die Orientierung ist im Dunklen – auch ohne direkte Beleuchtung – problemlos möglich, alle Gegenstände sind erkennbar.
Bortle 5: erkennbar aufgehellt (Sterne der Grenzgröße 6,0 bis 5,6 mag sichtbar)
Diese Lichtverschmutzung finden wir etwa am Südrand der Pforzheimer Höhenstadtteile Huchenfeld, Hohenwart oder Büchenbronn. Die Milchstraße ist in Horizontnähe schwer erkennbar, selbst im Zenit diffus. Größere Dunkelgebiete sind aber noch erkennbar. Eine Lichtverschmutzung ist in allen Richtungen merklich, die Streulichtglocke von Pforzheim stört am Nordhimmel über den Höhenstadtteile bereits bis in Zenithöhe. Alle Wolken sind deutlich aufgehellt und leuchten hell am Himmel. Alle Gegenstände sind auch ohne Licht detailliert erkennbar.
Bortle Klasse 6: merklich aufgehellt (Sterne bis Grenzgröße 5,5 bis 5,1 mag noch sichtbar)
Am hell erleuchteten Stadtrand, in stadtnahen Vororten wie Brötzingen oder Eutingen können wir die Milchstraße nur noch im Zenit erkennen. Der Himmel ist vom Horizont weg bis zur halben Zenithöhe hoch grau-weiß oder schmutzig-gelb (bei orange-farbigen Natrium-Straßenlampen). Vorhandene Wolken werden hell angeleuchtet.
Bortle Klasse 7: heller Stadthimmel (nur noch Sterne bis Grenzgröße 5,0 bis 4,6 mag sichtbar)
Über den Stadtteilen einer Großstadt erscheint uns der gesamte Nachthimmel nur noch grau/weiß. Der natürliche Nachteindruck ist verschwunden, die Milchstraße nahezu unsichtbar. Nicht nur Wolken werden hell angestrahlt, auch vom innerstädtischen Staub und Dunst rührt nun ein merklicher Streulichtanteil her.
Bortle 8: Zentrumslage größerer Städte – wie Pforzheim (nur noch Sterne der Grenzgröße 4,5 bis 4,1 mag erkennbar)
Der ganze Himmel leuchtet hier vom weit verbreiteten Streulicht Himmel deutlich grau-weiß oder orange. Schwächere Sternbilder sind nur noch mit Lücken erkennbar, da nicht mehr alle Sterne davon sichtbar sind. Kleine Plakate oder Zeitungsschlagzeilen sind ohne direkte Beleuchtung lesbar.
Bortle 9: City-Lage einer Großstadt (Nur noch Sterne der Grenzgröße 4,0 mag und heller erkennbar)
Der gesamte Nachthimmel ist bis in den Zenit hell leuchtend. Viele Himmelsregionen scheinen sternfrei. Nur noch sehr helle Einzelsterne, die großen Planeten und der Mond sind im Smog und Streulicht erkennbar.

Diskussion/Discussion

(1) Welche Auswirkungen hat die Lichtverschmutzung?

Die Verschwendung von Licht und Energie hat vielfältige ökonomische und ökologische Auswirkungen. Als Anregungen zur eigenen Einschätzung seien an dieser Stelle ein paar Impulse aufgeführt.

Okönomische Auswirkungen:

Eine zu starke und technisch nicht optimale Ausleuchtung von Straßen, Plätzen und Gebäuden kostet die öffentliche Hand (und damit den Steuerzahler) bundesweit jährlich Beträge im sehr hohen Millionen-Euro-Bereich. Schätzungen sehen hier ein Einsparpotential von bis zu 50%.
Die mit der Lichtverschmutzung einhergehende Energieverschwendung sorgt für unnötige Emissionen von Treibhausgasen, die unser Klima weiter schädigen. Eine Reduzierung der Lichtverschmutzung wäre also zugleich ein wirksamer Beitrag zum Klimaschutz und würde merklich helfen, die verpflichtenden Klimaschutzziele zu erreichen.
Der Wechsel hin zu modernen, kaum lichtverschmutzenden Lichtquellen ist gleichzeitig mit einem Systemwandel hin zu schwächeren, energiesparenden Beleuchtungsquellen machbar und würde damit auch die begonnenen Wandel in der Energieversorgung hin zu nachhaltigen Quellen massiv unterstützen.
Zu viel künstliches Licht unterdrückt die Produktion des „Schlafhormons“ Melatonin, wodurch die innere Uhr des Menschen gestört wird. Dies kann wiederum zu Schlafstörungen führen. Ein aktuell weitverbreitetes Gesundheitsthema, das nicht nur die Lebensqualität schmälert, sondern auch Kosten im Gesundheitswesen verursacht.
Die Zahl der sichtbaren Sterne nimmt wie bereits geschildert durch Lichtverschmutzung immer weiter ab. Dies beeinträchtigte nicht nur die astronomische Forschung, sondern raubt auch Bürgern und Bürgerinnen die Chance auf ein einzigartiges Naturschauspiel. Beides sind wichtige Impulsgeber für unser heutiges Weltbild und Selbstverständnis und treffen in der Bevölkerung auf ein hohes Interesse.

Ökologische Auswirkungen (Quelle 3)

Die Lichtverschmutzung ist neben Flächenrückgang und Landwirtschaft eine der Ursachen für das dramatische Vogelsterben: Die Zahl der Brutpaare in landwirtschaftlichen Gebieten ist in der EU zwischen 1980 und 2010 um 300 Millionen zurückgegangen. Das entspricht einem Verlust von 57 Prozent! Durch künstliche Lichtquellen wird die Orientierung von nachtaktiven Vögeln gestört. Viele Vögel kollidieren nachts beispielsweise mit beleuchteten Hochhäusern und verenden qualvoll. Zugvögel werden von ihren gewohnten Routen abgelenkt und fliegen dadurch mitunter weite Umwege. Singvögel verändern durch die nächtliche Dauerbeleuchtung ihr Sing- und Fortpflanzungsverhalten.
Das Insektensterben hat ebenfalls dramatische Formen angenommen. Große Aufmerksamkeit erregte im Oktober 2017 eine Studie aus Krefeld. Dank langjähriger Feldforschung konnte ein drastischer Schwund von Fluginsekten belegt werden. Im Schnitt ging die Menge – genauer: die Biomasse – der Insekten, binnen 27 Jahren um etwa drei Viertel zurück. Auch die Lichtverschmutzung hat hierauf – neben der Hauptursache „Pesitizide“ – einen Einfluss. Nachtaktive, flugfähige Insekten orientieren sich nachts normalerweise am schwachen Licht der Gestirne. Nachtfaltern reicht beispielsweise die geringe Helligkeit des Mondes von nur 0,002 bis 0,4 Lux für die Futter- und Partnersuche. Künstliche Lichtquellen, wie Straßenlaternen oder Außenbeleuchtung an Gebäuden, üben auf viele Insekten eine große Anziehungskraft aus und locken sie aus ihren natürlichen Lebensräumen. Sie können sich an den Lampen weder fortpflanzen, noch Eier ablegen oder Nahrung aufnehmen. Besonders Lichtquellen mit einem hohen UV-Anteil locken zahlreiche Nachtfalter und andere nachtaktive Insekten an. Die Tiere steuern gezielt auf die Lampen zu und umkreisen diese teilweise bis zur totalen Erschöpfung. Bei undichten Lampengehäusen sterben zudem viele Insekten durch den direkten Kontakt mit den heißen Leuchtmitteln.
Grell beleuchtete Brücken können nachts zu unüberwindbaren Hindernissen für Fische werden. Solche Lichtbarrieren können beispielsweise die Laichwanderungen einiger Fische wie Aale behindern. So werden auch Bemühungen erschwert, früher heimische Fischarten etwa in den Gewässern des Nordschwarzwaldes wieder anzusiedeln.
Der Wachstumszyklus von Pflanzen wird durch nächtliches Kunstlicht beeinflusst. Laubbäume können im Herbst beispielsweise ihre Blätter später verlieren und so anfälliger für Frostschäden werden. Und das, während der menschgemachte Klimawandel unser Wälder ohnehin schon merklich schädigt.

(2) Jeder kann Lichtverschmutzung vermeiden

Im privaten Umfeld lässt sich viel machen, um die Licht- und damit auch Energieverschwendung zu reduzieren:

Ist Licht außen am Haus überhaupt notwendig?
Eine durchgehend nächtliche Fassaden- und Außenbeleuchtung von Häusern ist gemäß Naturschutzgesetz in Baden-Württemberg verboten. Sie dient im Übrigen auch keiner vermeintlich erhöhten Sicherheit. So zeigen verschiedene Untersuchungen und Versicherungsstatistiken (Quelle 5), das etwa nächtliche Fahrzeugeinbrüche eher an gut beleuchteten Straßen stattfinden und das Wohnungseinbrüche vor allem bei Tag erfolgen, wenn die Helligkeit den Zutritt zu Gelände und Haus erleichtert und die Einwohner in der Regel nicht da sind.
Wieviel Licht ist notwendig?
Oft reicht eine Lampe mit geringerer Leistung und/oder guter Ausrichtung. Hier sollten möglichst nur noch energiesparende LED-Lampen eingesetzt werden. Das reduziert den Energieverbrauch und spart bares Geld ein. Zudem sollte nur das zu beleuchtende Objekt angestrahlt werden, die Lichtquelle dabei auch nicht blenden. Die Ausleuchtung über Grundstücksgrenzen hinweg in Nachbars Garten muss von diesem nach einschlägiger Rechtsprechung nicht geduldet werden und sollte daher besser vermeiden werden. Kugelleuchten, die in alle Richtungen (also auch direkt nach oben) strahlen, sind Energieverschwender. Sie blenden und liefern keine sinnvolle Beleuchtung.
Wie lange ist Licht notwendig?
Eine Dauerbeleuchtung wäre auch aus ökonomischer Sicht nicht sinnvoll. Hier hilft – sofern eine Lichtquelle überhaupt notwendig ist – ein Bewegungsmelder. Er spart Energie und bietet sogar noch mehr Sicherheit. Denn ein dauerhaft leuchtendes Licht wirkt kaum abschreckend auf Einbrecher, sie können sich sogar besser auf die Situation einstellen. Hierzu noch ein Tipp: Der Sensor des Bewegungsmelders sollte so eingestellt werden, dass es nicht auf jede Bewegung an der Straße oder bei Wind von Büschen und Bäumen reagiert. Auch so lässt sich Energieverschwendung vermeiden.
Und das Licht im Haus?
Ein modernes Haus sollte mit energiesparenden LED-Lampen ausgestattet sein. Sinnvoll ist es zudem, bei Dunkelheit die Rollos oder Vorhänge zu schließen. Das vermeidet nicht nur das unnötige Herausdringen von Licht, sondern spart in der kalten Jahreszeit auch noch Wärmeenergie.

Quellen/References