„Licht hat einen enormen Einfluss“

Welt der Physik: Herr Kyba, Ihr Fachgebiet ist die „Nachtlichtfernerkundung.“ Was ist das und was genau untersuchen Sie?

Christopher Ryba

Christopher Kyba: Schaut man sich unseren Planeten bei Nacht an – vor allem vom Weltraum aus –, dann fällt sofort auf: Fast überall, wo Menschen leben, ist Licht. Wir erhellen unsere Umgebung mit Abermillionen künstlicher Lichtquellen. Das ist einer der umfangreichsten Eingriffe in unsere Umwelt, und doch kaum erforscht! Was sind das für Lichtquellen, die wir benutzen? Wie unterscheidet sich die Lichtverschmutzung zwischen einzelnen Städten und ganzen Ländern? Welche Konsequenzen haben sie für die Natur aber auch auf uns selbst? Wir lernen erst langsam, wie sich Kunstlicht auf unsere Umwelt auswirkt.

Wie beobachten Sie die Nachtlichter?

Wir nutzen spezielle Satelliten im Orbit, denn Satelliten geben uns einen einzigartigen globalen Überblick. Aber ihre Möglichkeiten sind begrenzt. Momentan verfügt vor allem Europa über keine eigenen Instrumente, um künstliche oder natürliche Nachtlichter auf der Erde vom All aus zu beobachten. Das ist eine große Lücke und eines unserer wichtigsten Ziele ist es, diese zu schließen. Denn momentan kommen die meisten unserer Daten von Instrumenten an Bord der US-amerikanischen Wettersatelliten Suomi NPP, NOAA-20, und NOAA-21. Auch wenn diese weit besser sind als frühere Satelliten, ist deren Aussagekraft limitiert.

Inwiefern?

Beispielsweise überfliegt ein Satellit einen bestimmten Ort auf der Erde stets zu einem festgelegten Zeitpunkt, nach der lokalen Mitternacht. Das liefert uns für jede Nacht nur einen einzigen Datenpunkt dieses bestimmten Ortes. Wie wir wissen, ändert sich unser Konsum von Licht aber je nach Tages- und Nachtzeit: In den Abendstunden sind andere Lichtquellen aktiv als weit nach Mitternacht. Wenn man verstehen möchte, wie sich die Dinge im Laufe der Nacht an einem Ort verändern, benötigt man also mehr als einen Satelliten. Und natürlich ist die räumliche Auflösung der Instrumente begrenzt. Für detailliertere Einblicke in das Geschehen benötigen wir außerdem lokale Lichtsensoren auf dem Erdboden, um die Daten aus dem Orbit zu ergänzen.

Welche Art von Lichtsensoren nutzen Sie dafür?

Ein guter Sensor sind unsere Augen. Menschen können leicht identifizieren, ob eine bestimmte Lichtquelle beispielsweise eine Werbetafel oder ein Verkehrsschild ist. Software scheitert daran oft, vor allem bei Nacht, wenn die Helligkeit unterschiedlicher Lichtquellen stark variiert und automatisierte Fotos nicht aussagekräftig sind. Ein anderes Problem ist die Farbe des Lichts: Die Instrumente an Bord von Satelliten sind auf ein bestimmtes Farbspektrum geeicht. Ändert sich das Spektrum der Lichtquellen, etwa weil ältere Lampen durch LEDs mit einem größeren Anteil an blauem Licht ausgetauscht werden, dann erkennen Instrumente im Weltraum das womöglich nicht. Ein Mensch sieht so etwas aber sofort. Deshalb verlassen wir uns bei lokalen Studien auf freiwillige Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter – sogenannte „Citizen Scientists“.

Was machen die Citizen Scientists genau?

Nachtlicht-Bühne

Im Rahmen unseres Projekts Nachtlicht-Bühne waren wir mit rund 250 Freiwilligen in verschiedenen Städten und Gemeinden in Deutschland unterwegs und haben mithilfe einer speziell dafür entwickelten App Lichtquellen klassifiziert. Während einer Messkampagne im Herbst 2021 haben unsere Citizen Scientists über 230 000 individuelle Lichtquellen gezählt und mithilfe der App in verschiedene Klassen eingeteilt: Straßenlampen, Fensterbeleuchtungen, Werbetafeln und so weiter. Das hat uns eine Menge gezeigt. Zum Beispiel konnten wir diese Zählungen mit den Satellitendaten vergleichen und so bestimmen, dass in ganz Deutschland Nacht für Nacht rund 80 Millionen Lichtquellen aktiv sind. Das ist fast eine Quelle pro Einwohner!

Was haben Sie noch herausgefunden?

Ein überraschendes Resultat war, dass nur etwa zehn Prozent davon Straßenlampen sind, bei den meisten handelt es sich um private Beleuchtungen. Das hätten wir mit Satelliten alleine nicht erfahren. Solche Erkenntnisse zeigen zum Beispiel, dass Maßnahmen zum Energiesparen oder zum Eindämmen der Lichtverschmutzung zu kurz greifen, wenn sie sich alleine auf Straßenbeleuchtung konzentrieren. Momentan denken wir darüber nach, so ein Projekt noch einmal durchzuführen, vielleicht in ganz Europa.

Ein anderes, weltweites Projekt, dessen Daten wir nutzen, ist Globe at Night. Dort messen Freiwillige die Helligkeit des Himmels über ihnen anhand der Sterne, die sie sehen können. Jede Person kann dann ihre Messergebnisse über die Webseite eintragen. Dieses Projekt läuft seit mittlerweile 20 Jahren.

Welche Fragen interessieren Sie bei diesen Projekten besonders?

Zwei Fragen vor allem. Erstens: Wie verändert sich unsere Außenbeleuchtung im Laufe der Zeit? Dazu habe ich in den letzten Jahren viel geforscht und die Antworten sind interessant. Insgesamt nimmt die Beleuchtung zu, aber nicht überall und nicht in gleichem Maße. Das führt dann gleich zur zweiten Frage: Ich möchte wissen, warum sich die Lichtemissionen ändern. Zum einen liegt das natürlich an den installierten Leuchten am Boden. Diese ändern sich – aber wie und warum? Liegt es an neuen Technologien, politischen Maßnahmen oder schlicht daran, dass es an manchen Orten früher keine Infrastruktur und keinen Strom gab? Schließlich kommt ein sehr spannender geografischer Aspekt hinzu. Warum haben verschiedene Länder und Städte so unterschiedliche Lichtemissionen pro Einwohner? Einiges davon ist verständlich: Wenn Orte mehr Einwohner haben, sind sie heller. Aber selbst wenn man Orte mit ähnlicher Einwohnerzahl betrachtet, können sie sehr unterschiedliche Lichtemissionen aufweisen. Das gilt sogar für wohlhabende Länder untereinander.

Das sind sicher interessante Fragen – aber was bringt es, die Antworten zu kennen? Ist Kunstlicht bei Nacht denn ein Problem?

Das ist ein oft genannter Einwand, und man kann auf mehrere Weisen darauf antworten. Zunächst einmal: Irgendjemand muss das Licht bezahlen. Bei öffentlichen Beleuchtungen ist das der Steuerzahler, bei privaten oder kommerziellen letztlich der Kunde. Zweitens: Licht verbraucht Strom, und der stammt bekanntlich aus verschiedensten Quellen, von denen jede für sich ihre eigenen Umwelt- und Klimaprobleme hat. Und schließlich gefährdet Kunstlicht nachweislich nachtaktive Tiere und Insekten, stört den Schlafrhythmus bei Menschen und macht astronomische Beobachtungen selbst in entlegenen Gebieten immer schwieriger.

Die Erde bei Nacht

Wie viel Energie verbraucht die nächtliche Beleuchtung denn – bezogen auf den gesamten Energieverbrauch?

Dafür gibt es keine genaue Zahl, aber Annahmen und Schätzungen. Gemeinhin kann man davon ausgehen, dass etwa drei Prozent des weltweiten Stromverbrauchs auf Außenbeleuchtung entfallen. Das klingt nicht nach viel, aber man muss bedenken, dass Außenbeleuchtungen nur nachts eingeschaltet sind, und der Strombedarf ist nachts viel geringer als am Tag. Bezogen auf den nächtlichen Stromverbrauch liegt der Anteil also eher bei 20 Prozent. Wie gesagt, das ist eine Schätzung, aber sie zeigt klar: Wenn wir das Klima schonen wollen, dann wäre es ein Gewinn, den Anteil an nächtlicher Beleuchtung zu senken.

Wie kamen Sie zu diesem Forschungsgebiet?

Es gibt da einen roten Faden, der sich durch meine Karriere zieht: die Beobachtung von kleinen Lichtmengen im sichtbaren Bereich des Lichts. Nachdem das während meines Studiums und meiner Doktorarbeit bereits eine Rolle spielte, nahm ich meinen ersten Job in einer meteorologischen Abteilung an, also in einer Gruppe für Atmosphärenphysik. Bereits dort habe ich Außenlicht untersucht, einschließlich der Lichtglocken über Städten. Hier ging es um den Nachweis geringer Lichtmengen, aber nun kam der Himmel ins Spiel – und zum ersten Mal auch das Thema Kunstlicht bei Nacht. Die künstliche Aufhellung des Nachthimmels ist schließlich das größte Hindernis bei allen nächtlichen Himmelsbeobachtungen, vor allem natürlich in der Astronomie. Das brachte mich zum Thema, und dann kam der Wechsel zum Helmholtz-Zentrum für Geoforschung in Potsdam, wo ich in einer Fernerkundungsgruppe tätig war. Dort beschäftigte ich mich erstmals mit Satellitendaten.

Warum sind Sie bei dem Thema Nachtlichter geblieben?

Das Thema Kunstlicht ist nicht nur wissenschaftlich spannend, sondern auch wichtig für die Gesellschaft. Licht hat einen enormen Einfluss. Es verändert unser Gefühl für den Ort, an dem wir leben, es verändert die Weise, wie wir unsere Umwelt wahrnehmen. Und es wirkt sich auf die Umgebung aus, also auf die Organismen, Pflanzen und Tiere, vor allem, wenn sie in oder in der Nähe unserer Städte leben. Es erzeugt Lichtverschmutzung, die es schwierig macht, die Sterne zu sehen. Das ist ein enormer Verlust unseres kulturellen Erbes. Und es kostet viel Energie. Wenn man über die Klima- und Energiekrise nachdenkt, dann sollte man sich fragen: Wie können wir Energie sparen und Angebot und Nachfrage von Strom besser aufeinander abstimmen? Nächtliche Beleuchtungen bieten bislang ungenutzte Möglichkeiten, und das, ohne allzu viel von unserem Wohlstand aufgeben zu müssen. Das zu erklären und das nötige Wissen darüber zu verbreiten, halte ich für wichtig.