Die NASA kann Ihre Weihnachtsbeleuchtung aus dem All sehen

Es ist diese Jahreszeit, in der ambitionierte Hausbesitzer auf ihre Rasenflächen und Dächer gehen, um ihre Nachbarn zu übertreffen und zu versuchen, wer zuerst das örtliche Stromnetz überwältigen kann. Die Ergebnisse können von einsamen Zuckerstangen bis zu ausgewachsenen Urlaubsdrachen variieren. Aber ob Sie Vollgas geben oder einen unauffälligen Feiertagsjubel bevorzugen, eines ist jetzt wahr: Die NASA schaut zu.

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Wissenschaftler des Goddard Space Flight Centers in Maryland und der Yale University in Connecticut verwendeten Satellitenbilder, um Lichtmuster in 1.200 Städten über zweieinhalb Jahre hinweg zu verfolgen. Sie stellten fest, dass die Zunahme des Lichts perfekt mit den Ferienzeiten für den Ramadan im Nahen Osten sowie mit Weihnachten und Silvester weltweit korrelierte. Sie sahen auch Unterschiede darin, wie Städte und Stadtteile in diesen Städten diese Feiertage feiern, teilte das Team diese Woche auf dem jährlichen Treffen der American Geophysical Union in San Francisco mit.

"In den Ferien ändern sich unsere Muster", sagt Miguel Román, Physiker bei der NASA Goddard. Im Westen bleiben wir lange auf, trinken Eierlikör und gehen früh von der Arbeit nach Hause. "Diese Verhaltensänderungen sind Änderungen an den Standorten der Nachfrage nach Energiedienstleistungen." Das Verständnis dieser jahreszeitlichen Verschiebungen könnte uns letztendlich Aufschluss darüber geben, was auf lokaler Ebene die CO2-Emissionen beeinflusst.

In den Vereinigten Staaten verzeichneten die Forscher einen stärkeren Anstieg des Gesamtlichts in Vororten und Kleinstädten im Vergleich zu städtischen Zentren. Änderungen in der Beleuchtung werden durch Farben codiert: Grün bedeutet eine Zunahme, Gelb bedeutet eine Abnahme und Rot bedeutet eine Abnahme. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium) San Francisco folgt dem Muster der Beleuchtungszunahme in Vorstadtgebieten von Städten. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium) Grünflächen im Norden von Dallas, Texas, und in Vororten von Houston, Texas, weisen auf eine Zunahme der Urlaubsbeleuchtung hin. "Was Sie sehen, sind Weihnachtslichter aus dem All", sagt Román. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium) In den Vororten von Atlanta ist eine Zunahme der Urlaubsbeleuchtung zu beobachten, wodurch ein grüner "Donut" im Stadtzentrum entsteht. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium) Das Gebiet DC-Baltimore weist in Vorstadtbezirken wie Loudon und Fairfax in Virginia eine stärkere Lichtzunahme auf. Diese Bezirke sind bekannt für große Einfamilienhäuser mit großem Garten und viel Platz für Außenbeleuchtung. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium) In den Städten Floridas wurde eine Zunahme des Beleuchtungsverbrauchs während der Weihnachts- und Neujahrszeit verzeichnet. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium) Los Angeles, Kalifornien, zeigt schachbrettartige Lichtmuster, die in der ganzen Stadt in Grün und Konstanten in Gelb ansteigen, wobei an den Rändern mehr Grün zu sehen ist. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium) Die Wohngegend in Phoenix, Arizona, weist dagegen sogar in der Innenstadt eine Zunahme des Grüns auf. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium)

Mit Hunderten von Satelliten, die die Erde umkreisen, könnte es einfach erscheinen, ein Bild von genau dem zu machen, was sich unten befindet. Es war jedoch schwierig, wirklich hochauflösende Bilder zu erhalten, insbesondere, wenn Sie in städtischen Umgebungen arbeiten. Im Jahr 2011 startete der Suomi-NPP-Satellit mit einer ausgefallenen Kamera an Bord. Diese spezielle Kamera verfügt über Sensoren für schwaches Licht, die Wellenlängen von Grün bis Infrarot erfassen und intensivere Bilder erzeugen können. Mit der Kamera kann der Suomi-NPP jede Nacht gegen 1:00 Uhr Ortszeit Bilder von der Erde mit sehr hoher Auflösung aufnehmen.

„Es ist extrem empfindlich. Wenn wir zulassen, dass jedes einzelne Pixel überbelichtet wird, können wir das schwächste Signal wie ein Fischerboot vor der Küste Somalias sowie sehr helle Signale wie vulkanisches Magma auf der großen Insel Hawaii erkennen “, erklärt Román.

2012 verwendete NOAA die Kamera, um nachts ein zusammengesetztes Bild von Lichtern im Wert von einigen Monaten zu erstellen. Um ein solches Bild zu erstellen, müssen Sie die Rohdaten mithilfe spezieller Algorithmen verarbeiten, um weißes Rauschen wie Feuer, reflektierende Aerosole und Mondlicht zu korrigieren. Die NASA wollte dies täglich tun können, also begann Román, Optionen zu untersuchen. Um eine Basislinie zu erhalten, betrachtete er ländliche Gebiete mit geringer Lichtverschmutzung und Wüsten. Aber als er erste Daten für Ägypten und die Sahara aufnahm, sah etwas seltsam aus, als ob die Lichter übermäßig gesättigt wären.

„Dies geschah in städtischen Gebieten. Wir haben uns das angeschaut und festgestellt, dass der Anstieg des Signals perfekt zum Ramadan-Kalender passte“, erinnert sich Román. Er schickte eine E-Mail an Urbanisierungsspezialisten in Yale, und sie waren fasziniert. Sicher genug, fanden sie die gleiche Spitze im nächsten Jahr. In den nächsten zweieinhalb Jahren maß das Team Daten für drei Urlaubsperioden: drei Jahre Ramadan im Sommer (in diesem Fall) und zwei Jahre Weihnachten plus Neujahr von der Erntedankwoche bis zur ersten Januarwoche. Die Bilder wurden mithilfe eines speziell entwickelten Algorithmus analysiert und das Lichtsignal in diesen Zeiträumen mit dem Rest des Jahres in drei geografischen Gebieten verglichen: im Nahen Osten, in Nordamerika und in der Karibik.

Schnee stellte sich als großes Problem heraus. Als Román die ersten Weihnachtsdaten aus den Zentralstaaten der USA betrachtete, sah er 2012 in Denver einen gewaltigen Anstieg. Aber es waren nicht nur Weihnachtslichter, sondern Lampenlichter, die von Neuschnee reflektiert wurden, sodass sie die meisten Städte im Norden ausschalten mussten von St. Louis. Dennoch konnten sie einige allgemeine Trends aufgreifen und Karten für die Ferienzeit erstellen.

In 70 Städten in den USA funkelten die Lichter zu Weihnachten und Neujahr ungeachtet wirtschaftlicher oder anderer Faktoren heller. "Es verfolgt diese nationale gemeinsame Tradition", sagt Román. Vor allem in den Vororten der Stadt stieg die Beleuchtungsstärke um 30 bis 50 Prozent, in den meisten Ballungszentren um 20 bis 30 Prozent. Das liegt wahrscheinlich daran, dass ein größerer Garten mehr Platz für explodierende Weihnachtsmänner und im Dunkeln leuchtende Rentiere bietet.

Das Team untersuchte Lichtmuster für die 30 bevölkerungsreichsten Städte in Puerto Rico. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium)

In Románs Heimat Puerto Rico tauchte auch das Weihnachtsmuster auf. Mit ihrem Algorithmus gelang es den Forschern, kulturelle Zentren von Ferienfesten, Industriestädten und ländlichen Städten nach den Energiegewohnheiten der Bürger zu gruppieren. "[Wir] sind jetzt in der Lage, Städte als Funktion des Energieverhaltens ihrer Einwohner zu klassifizieren. Verhalten, das auf den Normen, auf den Identitäten einer Kultur basiert", erklärt Román. "Das ist viel cooler als Weihnachtslichter aus dem All zu sehen."

Im Nahen Osten brannten die Lichter der großen Städte während des heiligen Monats Ramadan heller und gipfelten in der Regel in einem Höhepunkt, der mit Eid-Feierlichkeiten verbunden war. Im Allgemeinen nahmen die Lichter in der Innenstadt zu, da nachts Gruppengebete abgehalten wurden und die Leute früher zur Arbeit gingen.

Unterschiede zwischen den Ländern fielen auf. Saudi-Arabien verzeichnete den stärksten Anstieg im Ramadan, während die Lichter Istanbuls etwas schwächer waren. Saudi-Arabien ist konservativer, während die Türkei säkularer ist. "Nachtlichter spüren die kulturellen Unterschiede zwischen diesen Städten und den Ländern, in denen sie leben, wirklich auf", sagt Eleanor Stokes, eine Doktorandin in Yale, die an der Studie mitgearbeitet hat. Insbesondere in Tel Aviv gab es während des heiligen Monats der Muslime keine Zunahme der Beleuchtung. Und Städte im Irak und im Libanon erblickten Dämmerlichter, die die Forscher mit unzuverlässigem Strom in Verbindung bringen. In Syrien entsprach der Rückgang des nächtlichen Lichts in Aleppo und Damaskus wahrscheinlich politischen und militärischen Unruhen. "Diese Nachtlichter ähneln in gewisser Weise dem EKG einer Stadt", sagt Stokes.

In Ägypten haben die Forscher 20 Kairoer Stadtteile genauer unter die Lupe genommen und festgestellt, dass in ärmeren Gegenden während des Ramadan ein kleinerer Höhepunkt zu sehen war. "Sie können diese sozialen und kulturellen Prägungen in den Energiesignaturen selbst sehen", sagt Stokes.

In saudi-arabischen Städten wie Riad und Dschidda stieg die Lichtnutzung im Laufe des Monats Ramadan um etwa 60 bis 100 Prozent. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium) Die leichte Nutzung in türkischen Städten wie Istanbul zeigte eine Zunahme, jedoch eine geringere. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium) In Kairo erreichten die Beleuchtungsmuster während des Ramadan auf ganzer Linie ihren Höhepunkt, insbesondere in der Innenstadt. Amman, Jordanien, zeigte ein ähnliches Anstiegsmuster. Es überrascht nicht, dass die Lichter von Tel Aviv, Israel, ziemlich konstant blieben. (Jesse Allen, NASAs Erdobservatorium)

Die Daten geben ihnen kein genaues Maß für den Gesamtenergieverbrauch eines Stadtblocks, aber die Lichter liefern einen Proxy für die Verfolgung der Energieverbrauchsmuster. „Dies ist der Faktor, der für menschliches Verhalten am empfindlichsten ist. Wenn die Leute das Licht anmachen, werden sie als nächstes den Toaster und die Heizung einschalten “, sagt Román. "Es sind diese Verhaltensmuster, die wir sehen wollen."

Städtische Gebiete verursachen einen großen Teil des Energieverbrauchs und der Emissionen, daher hoffen die Forscher, die Daten in Zukunft mit Daten zu Kohlenstoffemissionen und Energieverbrauch zu überlagern. "Der Ausstoß von Kohlendioxid gibt Ihnen das Wann, Wo und Wie viel. Aber es sagt Ihnen nicht, was es antreibt", sagt Román. Die Betrachtung der Beleuchtungsdaten gegen Emissionen könnte dazu beitragen, lokalere Strategien zur Klimaschutzminderung zu entwickeln. Román betont: "Was in New York City funktionieren wird, muss nicht unbedingt für Amarillo, Texas, funktionieren."

Auf diese Weise liefern die Bilder viel mehr als schöne Bilder der Erde aus dem Weltraum.

Hinweis: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass auf Kauai keine aktiven Vocanoes vorhanden sind.