Stadtlichter der Erde aus dem All: Nächte im Wandel

Stadtlichter auf der Erde, nachts aus dem All betrachtet, haben sich Forschenden zufolge als ausgesprochen wechselhaft erwiesen: Zwischen 2014 und 2022 wurden viele Regionen innerhalb kurzer Zeit wiederholt heller und dunkler.

Diese Unbeständigkeit macht den Schein der Städte zu einem empfindlichen Indikator für Störungen, politische Veränderungen und ungleichmäßige Entwicklung, die sich weltweit vollziehen.

Nachtlichter der Erde

In mehr als einer Million nächtlicher Satellitenaufnahmen zeigten beleuchtete Flächen häufige Richtungswechsel, anstatt kontinuierlich zu- oder abzunehmen.

Christopher Kyba, Physiker an der Ruhr-Universität Bochum, verfolgte diese Veränderungen und dokumentierte, wie sich lokale Ausschläge zu einem weltweiten Muster gleichzeitiger Aufhellung und Abdunklung zusammensetzten.

Im Verlauf der neun Jahre wechselten dieselben Orte häufig mehrfach: Zuwächse in einigen Gebieten wurden durch Rückgänge in anderen Regionen ausgeglichen.

Dieses Hin und Her zeigt, dass ein einzelner globaler Durchschnitt die tatsächliche zeitliche Abfolge und die Ursachen der Veränderungen verdeckt. Daher ist eine detaillierte Betrachtung der Erfassung solcher Verschiebungen nötig.

Tägliche Bilder im Zeitverlauf

Ältere Karten fassten zahlreiche Nächte zusammen, weshalb kurzzeitige Einbrüche und Sprünge häufig in Monats- oder Jahresdurchschnitten verschwanden.

Mithilfe täglicher Satellitenbilder beobachteten die Forschenden Stadtlichter aus dem All, um kurzfristige Veränderungen zu erfassen. Gleichzeitig korrigierten sie den Blickwinkel, um die Genauigkeit zu steigern.

Straßen in Wohnvierteln wirken meist heller, wenn sie seitlich aufgenommen werden, während dicht bebaute Innenstadtblöcke bei senkrechter Draufsicht oft stärker leuchten.

„Bislang wurde keine globale Analyse mit den Nachtzeitdaten in voller Auflösung durchgeführt“, sagte Kyba.

Wachstum nach Einbruch der Dunkelheit

In Ostchina, Indien und Teilen Afrikas dehnte sich das Nachtlicht aus, als Städte wuchsen und mehr Haushalte Zugang zu Strom erhielten.

Die rasche Elektrifizierung und der Ausbau einer verlässlichen Stromversorgung führten häufig dazu, dass zuvor dunkle Gebiete erstmals in den Satellitendaten sichtbar wurden.

Südindien wurde während eines Großteils des Beobachtungszeitraums weiter heller. Im Norden traten Zuwächse bereits früher auf, begleitet von Programmen für Straßenbeleuchtung und Stromversorgung im ländlichen Raum.

Ein großer Teil dieses Wachstums ging auf gewöhnliche Entwicklung zurück. Dennoch gab es auch dort kleinere Bereiche, die durch Abrissarbeiten, Stromausfälle oder Umsiedlungen dunkler wurden.

Dunklere Nächte in Europa

In Europa entwickelte sich das Gesamtsignal in die entgegengesetzte Richtung: Das beobachtete Nachtlicht lag 4% unter dem Niveau von 2014.

Besonders Frankreich fiel mit einem Rückgang von 33% auf, nachdem Gemeinden mehr Straßenlaternen nach Mitternacht abschalteten und Energie sparen wollten.

Anders als die stetige Aufhellung in anderen Teilen der Welt blieb Deutschland nahezu unverändert, weil sich hellere und dunklere Bereiche fast vollständig ausglichen.

Der europäische Rückgang könnte aus dem Orbit zudem geringer erscheinen, da LED-Beleuchtung für Menschen weißer wirken kann als für den Sensor.

Lichtschocks durch Krisen

Als sich die COVID-19-Lockdowns Anfang 2020 ausbreiteten, erfassten die täglichen Daten eine abrupte Abdunklung in asiatischen Industriegebieten und anderen stark frequentierten Zonen.

Später wurde die Ukraine nach Russlands Invasion deutlich dunkler. Auch die Energiekrise in Europa hinterließ 2022 einen weiteren klaren Rückgang auf dem Kontinent.

Da die Daten täglich vorlagen, konnten die Forschenden Veränderungen konkreten Störungen zuordnen, statt lediglich ein verschwommenes Jahresergebnis zu sehen.

Nachtlichter entwickelten sich damit zu einem praktischen Maßstab für Belastungen von Infrastruktur, Handel und alltäglicher Mobilität nach Einbruch der Dunkelheit.

Unterschiedliche Ursachen für Abdunklung

Dunklere Nächte bedeuteten nicht immer einen Erfolg: Einige Orte wurden wegen Energiesparvorschriften dunkler, andere infolge eines Zusammenbruchs.

Venezuela verlor mehr als ein Viertel seines Lichts von 2014. Dies spiegelte wirtschaftlichen Niedergang, versagende Infrastruktur und eine unzuverlässige Stromversorgung wider.

Südafrika liefert ein weiteres Beispiel: Rotierende Stromabschaltungen können Stadtviertel wiederholt abdunkeln, ohne dass dahinter ein bewusstes Sparziel steht.

Europa zeigt ebenfalls, dass Vorschriften, Ausgangssperren und LED-Beleuchtung die Satellitenmesswerte senken können, ohne die Straße im gleichen Maß zu verdunkeln.

Was Satelliten erfassen

Nacht für Nacht verwandelt NASAs Black Marble schwaches nach oben gerichtetes Licht in einen täglichen Datensatz, der von drei Satelliten im Orbit stammt.

Jedes Pixel umfasst rund 0,5 Quadratkilometer und reicht damit aus, um Stadtviertel, Häfen, Autobahnen und Ölfelder abzubilden.

Der Sensor misst die Strahlungsintensität, also das nach oben gerichtete Lichtsignal, das er erfassen kann. Brände und Polarlichter wurden aus dieser Analyse ausgeschlossen.

Der Datensatz hat jedoch Grenzen, weil Satelliten nicht erkennen, wie sich die Beleuchtung zu einem früheren Zeitpunkt am Abend verändert.

Warum Nachtlicht auf der Erde wichtig ist

Hellere Nächte verursachen Kosten, die über den Energieverbrauch hinausgehen: Künstliches Licht in der Nacht kann Wander- und Fressmuster stören.

Auch Pflanzenwachstum, Bestäubung und Fortpflanzung können sich verändern. Eine hellere Straße kann sich somit auf nahe gelegene Lebensräume auswirken.

„Künstliches Licht ist nachts ein bedeutender Stromverbraucher, und Lichtverschmutzung schadet Ökosystemen“, sagte Kyba.

Bessere Karten könnten daher sowohl die Energiepolitik als auch den Schutz von Wildtieren in Stadtnähe unterstützen.

Europa sucht bessere Daten

Europa verfügt weiterhin über keinen eigenen Satelliten für Nachtlichter. Für diese Art von Datensatz sind Forschende deshalb stark auf Plattformen aus den USA und China angewiesen.

Das Projekt Night Watch der ESA erprobt bereits, welchen zusätzlichen Nutzen eine künftige europäische Mission bringen könnte.

Eine höhere Empfindlichkeit würde schwächeres Licht erfassen, während eine feinere Auflösung die heutige Unsicherheit darüber verringern würde, was sich am Boden tatsächlich verändert hat.

Mit diesen Details ließe sich eine Abdunklung leichter deuten – unabhängig davon, ob sie auf Einsparungen, eine Krise, Wiederaufbau oder den Austausch von LED-Beleuchtung zurückgeht.

Stadtlichter und die künftigen Nächte der Erde

Letztlich liefern Stadtlichter aus dem All ein aussagekräftiges, aber unvollständiges Signal dafür, wie sich der Planet verändert.

Statt einer Erde, die nur immer heller wird, zeigt die neue Karte beleuchtete Landflächen, die fortlaufend auf Wachstum, Belastung und Einschränkung reagieren.

Sorgfältig eingesetzt wird Nachtlicht zugleich nützlicher und komplexer: Es verfolgt Veränderungen schnell, kann ihre Beweggründe allein jedoch nicht erklären.