Мы растрачиваем потенциал светодиодов, который мог бы спасти наше ночное небо

Неудачные решения превратили энергоэффективную технологию в источник светового загрязнения. Но есть вариант получше.

В прохладе лондонской весенней ночи, под пасмурным небом, вокруг меня раскрывается знаменитая Трафальгарская площадь. Адмирал Нельсон возвышается на своём пьедестале, за его спиной — Национальная галерея, а неподалёку — церковь Св. Мартина-ин-зе-Филдс. С XIII века это место служило королевскими конюшнями для соколов, а затем — для лошадей. К 1844 году оно стало общественным пространством в самом сердце одного из крупнейших городов мира. 

Несмотря на то что эта площадь была свидетельницей столь грандиозных исторических событий, я здесь не ради этого. Меня интересует гораздо более конкретный вопрос: я хочу выяснить, что происходит с подобными местами, когда в них проникает искусственное освещение, в частности, от светодиодов (LED). Сегодня вечером моим спутником является Саймон Торп, местный дизайнер по освещению, который, держа в руке экспонометр, притаился в тени у шпиля памятника Нельсону. «Два люкса, — сообщает он, — и здесь очень уютно». Два люкса — это в 10–20 раз больше освещённости, чем при полной луне. Мы хорошо видим друг друга, а расположенная поблизости табличка уверяет нас, что в целях безопасности здесь работает система видеонаблюдения (CCTV). 

Трафальгарская площадь служит отличным примером взаимодействия света и темноты, которое существует практически в каждом городе, пригороде, небольшом городке и деревне по всему миру. Освещение здесь представляет собой смесь старых и новых технологий, теней и бликов: декоративные газовые фонари перед Национальной галереей практически затмеваются светом светодиодов, расположенных внутри современных версий традиционных светильников из «латуни и стекла» в нескольких метрах от них — технологии XXI века, заключённые в дизайне XIX века. 

Горькая правда о современном искусственном освещении заключается в том, что в некоторых районах Лондона, как и во многих других городах мира, уровень освещённости чрезмерно высок, а неэкранированный свет рассеивается во всех направлениях. Ирония заключается в том, что избыток света создаёт опасность: он порождает тени, ухудшает видимость и создаёт иллюзию безопасности, не имеющую под собой реальной основы. Торп отмечает, что современные камеры видеонаблюдения работают «довольно хорошо» даже при слабом освещении, в то время как резкий свет затрудняет восприятие — как для человеческого глаза, так и для цифровых датчиков. 

«Чем больше плохого света мы добавляем, тем больше плохого света, как нам кажется, нам нужно, — говорит Торп. — Мы не можем ничего разглядеть из-за того света, который сами добавили. И это заставляет районы, которые были вполне нормальными, казаться более тёмными». 

Среди последствий этого избытка самым тревожным, возможно, является его влияние на здоровье человека (и других животных) из-за нарушения циркадных ритмов, препятствования выработке мелатонина и усугубления нарушений сна, связанных со всеми основными современными заболеваниями. Новые исследования показывают, что повышенное воздействие синего света от светодиодов оказывает «существенное биологическое воздействие», такое как подавление выработки гормона сна мелатонина и повышенный риск ожирения, некоторых видов рака и диабета 2-го типа. 

Я приехал в Лондон и Париж — города, которые в XIX веке стали пионерами в расширении системы уличного освещения, — потому что они воплощают в себе как нынешний огромный масштаб проблемы, так и будущее, которое, несомненно, будет освещаться триллионами микросхем: управляемыми, настраиваемыми и энергоэффективными светодиодами.

Жизнь в условиях искусственного освещения ночью

Стандартным обоснованием ночного освещения является общественная безопасность. Эксперты в области освещения называют это явление «искусственным освещением ночью». Хотя люди не часто в этом признаются, стремление к свету ночью, по-видимому, проистекает из первобытного страха перед темнотой. В темноте прячутся злодеи. И если тьма — это плохо, а свет — это хорошо, то больше света может быть только лучше. 

Это предположение определяло наше использование ночного освещения на протяжении сотен лет. И всё же, как показали исследования, высокая светоотдача не обязательно коррелирует со снижением преступности. Другими словами, если бы мы полагались на данные в той же мере, что и на наши первобытные страхи, и отложили эти страхи на время, достаточное для того, чтобы понять, как взаимодействуют свет и тьма, наши ночи почти наверняка были бы освещены иначе — особенно сейчас, когда у нас есть такая выдающаяся технология, как светодиод. 

Первый светодиод, испускавший видимый красный свет, был изобретён Ником Холоняком в 1962 году, однако на развитие технологии светодиодного освещения ушло несколько десятилетий, и только в последние годы она получила бурное распространение. Ещё десять лет назад светодиодные уличные фонари были редкостью. К 2019 году более половины уличных фонарей в США были светодиодными, и, по прогнозам, к 2030 году эта доля превысит 90%. Аналогичный рост наблюдается по всему миру, даже в развивающихся странах, где всё чаще встречаются недорогие светодиодные светильники китайского производства. 

Этот стремительный глобальный переход на светодиоды отражает кардинальное изменение в физических принципах освещения нашего мира. Вспомним масляные лампы и свечи, а потом и газовые фонари — ранние примеры искусственного освещения в ночное время основывались на горении фитиля, что было невероятно неэффективным способом получения света. Лампа накаливания по сути представляет собой нагреватель, который производит свет в качестве побочного продукта, поэтому она растрачивает почти всю свою энергию в виде тепла. 

Напротив, светодиоды используют полупроводники для преобразования электричества в свет. Благодаря этому процессу электролюминесценции светодиоды потребляют на 90% меньше энергии, чем лампы накаливания, что позволило муниципалитетам добиться немедленной экономии энергии на 50% и более. Один только этот факт способствовал повсеместному внедрению этой технологии по всему миру. 

Но преимущества светодиодов не ограничиваются эффективностью и дешевизной. Использование твердотельной технологии обеспечивает светильникам исключительный срок службы, который зачастую измеряется десятилетиями, а не годами. Это значительно снижает затраты на техническое обслуживание, поскольку городским службам приходится тратить гораздо меньше времени на замену сломанных или перегоревших светильников. Ещё более поразительно то, что, регулируя свойства полупроводникового материала, инженеры могут точно задавать цвет и интенсивность излучения, что придаёт светодиодам невероятную универсальность. Для светодизайнера, такого как Торп, светодиоды открывают бесчисленные возможности. 

Цифровое управление для «умного» освещения

Прогуливаясь от Трафальгарской площади вдоль края Сент-Джеймсского парка, мы с Торпом оказываемся возле Вестминстерского моста — одного из девяти городских мостов, которые в 2021 году стали частью проекта «Illuminated River», призванного сделать Темзу ещё красивее ночью. Каждый мост теперь оснащён новой светодиодной подсветкой, которая меняет цвет и интенсивность, создавая гармоничное произведение искусства. Однако Торп разочарован тем, что проект никак не повлиял на освещение на берегах реки, которое часто буквально ослепляет. «Почему бы не потратить деньги на исправление всего этого плохого освещения вместо того, чтобы добавлять новое?» — говорит он. Он отмечает, что светодиодная технология способна решить эту проблему. 

По сути, это, пожалуй, и есть наиболее значимый потенциал светодиодов: возможность для сообщества самостоятельно регулировать, когда, где, с какой интенсивностью и в каких цветах будет идти освещение. Такое общественное пространство, как Трафальгарская площадь, можно было бы освещать ярче в часы пик, а затем постепенно уменьшать яркость по мере наступления ночи, причём светильники были бы связаны не только друг с другом, но и с окружающими уличными фонарями и коммерческим освещением. В любой точке мира светодиодные уличные фонари можно запрограммировать так, чтобы их яркость увеличивалась или уменьшалась в зависимости от времени суток или времени года. Их можно даже выключать во время миграции птиц, чтобы сократить количество птиц, которые теряют ориентацию из-за света и в конечном итоге гибнут при столкновениях с отражающими свет и освещёнными окнами. 

До сих пор светодиодное уличное освещение в основном не входило в какие-либо комплексные планы по сокращению и контролю ночного освещения. Большинство светодиодных установок просто заменили старое, неэффективное «неумное» электрическое освещение на новое «неумное» светодиодное, тем самым усугубив проблему светового загрязнения. Главная причина? Поскольку светодиодное освещение дешевле, мы склонны использовать его больше — это буквально яркий пример парадокса Джевонса. Даже несмотря на растущую осведомлённость о световом загрязнении, мы пока не используем весь потенциал светодиодных технологий. 

Хорошая новость заключается в том, что мы можем начать улучшать ситуацию уже сегодня вечером. В «DarkSky International» — ведущей мировой организации, борющейся со световым загрязнением, — генеральный директор и исполнительный директор Раскин Хартли рассказал мне, что у организации есть пять принципов ответственного наружного освещения: оно должно быть полезным, направленным, слабым, управляемым и тёплого цвета. «Их реализация стала возможной благодаря возможностям светодиодов», — говорит Хартли. 

Технология управления светодиодами станет частью решения. В давние времена аналоговой эры уличный фонарь можно было либо включить, либо выключить. Чтобы изменить график освещения, приходилось физически переделывать электропроводку. Сегодня протокол DALI (Digital Addressable Lighting Interface) превращает каждый светильник в часть сети, с собственным цифровым адресом и драйвером, который отчитывается перед центральным сервером. С помощью DALI освещением управляют с помощью программного обеспечения, а не физических выключателей. 

К сожалению, большинство светодиодных уличных фонарей устанавливалось без этой технологии, поскольку она стоит денег. Однако Пол Дросихн, генеральный директор DALI Alliance, утверждает, что использование таких систем управления значительно упрощает техническое обслуживание светодиодов. До появления нового цифрового протокола для выявления, диагностики и ремонта неисправного светильника требовалось в среднем почти три выезда. «Теперь достаточно одного», — говорит Дросихн. «Экономия на отправке двух специалистов на подъёмнике для замены этих [светильников] просто неоценима. То, что я только что вам описал, — это практически всё, что нужно знать коммунальным службам».

Более того, система DALI позволяет настраивать спектр света так, чтобы по мере наступления ночи он становился теплее и менее резким. Цифровые светильники полного спектра, подключённые к сети, позволяют городам преобразить ночную атмосферу — экономя средства, повышая уровень здоровья и безопасности, а также создавая более уютную и привлекательную атмосферу ночью. 

По словам Дросина, эта цифровая интеллектуальная система способна изменить и «просачивающийся свет», который проникает на улицы изнутри зданий. «Обычно не задумываешься о том, что ночное освещение исходит изнутри зданий, но это действительно так», — говорит он. «Особенно в США: если проехать по любому крупному городу, то все огни горят на каждом этаже каждого высотного здания, даже если там никого нет». 

По словам Дросина, использование цифровых систем управления внутренним освещением уже стало обычным явлением в некоторых европейских городах. Благодаря интеграции DALI с датчиками присутствия и системами управления зданием, контролирующими системы отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК), электросети и системы безопасности, небоскрёб может стать динамичным участником городской среды — отключая внутреннее освещение этажа до нуля в тот момент, когда последний человек покидает его. В результате электронные системы управления в сочетании со светодиодами могут действовать как регулятор яркости для всего городского горизонта. 

Белый свет душит ночь

Учитывая все возможности светодиодных технологий, возникает вопрос: почему наши ночи так часто освещаются резким и стерильным светом, создающим блики и тени, наносящим ущерб здоровью людей и экологии, а также скрывающим звёзды с нашего неба? Ответ кроется в цвете светодиодов. На первый взгляд уличный светодиодный фонарь выглядит как набор маленьких белых лампочек, но на самом деле это не так. Чтобы получить свет, который мы воспринимаем как белый, большинство производителей покрывают синий полупроводниковый сердечник жёлтым люминофором, поглощающим часть этого высокоэнергетического синего света. Проблема в том, что этот «белый» свет по-прежнему имеет сильный синий оттенок, а именно к этому цвету ни один вид не приспособился в процессе эволюции для восприятия в ночное время.

А поскольку синий свет занимает второе место по энергии в видимом спектре (первое — у фиолетового), он не просто освещает наши улицы и проникает в наши дома. Синий свет также легче рассеивается в атмосфере, чем любой другой цвет, что способствует образованию туманного, светящегося слоя, известного как «свечение неба», над каждым городом любого размера. 

Светодиоды «более холодного» цвета в диапазоне от 4 000 до 6 500 кельвинов обеспечивают максимальную светоотдачу при минимальных затратах, поэтому большинство первых пользователей устанавливали именно такие белые светильники с преобладанием синего спектра. Хорошая новость заключается в том, что светодиодные технологии продолжают развиваться, и всё больше муниципалитетов выбирают уличные светильники с более тёплым цветом света, в котором меньше синего. (Например, в 2020 году в Фениксе 100 000 уличных фонарей были переоборудованы на светодиоды с температурой 2 700 К.) И, конечно же, световое загрязнение — это не только результат использования светодиодов. Старые технологии освещения также усугубляют ослепление — особенно яркие белые металлогалогенные лампы — и города не спешат заменять то, что ещё не сломалось. 

Но наша главная неудача не технического характера. Дело в том, что нам ещё предстоит пересмотреть своё отношение к ночному освещению. Мы используем светодиодные технологии точно так же, как и старые источники света. В результате мы в значительной степени нивелировали обещанные преимущества в плане сокращения энергопотребления и выбросов углерода, усугубив световое загрязнение, и пока что упустили невероятную возможность.

Сможет ли «Город света» сделать всё правильно?

По ту сторону Ла-Манша, в Париже [который часто называют «Городом света» / прим.перев.], неспособность реализовать потенциал светодиодов ощущается ещё острее. В отличие от Лондона, который сильно пострадал от немецких бомбардировок, прекрасный Париж XIX века, созданный бароном Османом, в значительной степени избежал разрушений во время Второй мировой войны. Почти 50 миллионам туристов, посещающих город ежегодно, прекрасная единообразная архитектура города узнаваема с первого взгляда. Но ночная атмосфера «Города света» также является частью его привлекательности, и большое внимание уделяется освещению его зданий и памятников. Например, когда я забредаю в Кур-Карре в Лувре, меня поражают ряды янтарных светодиодов, которые вместе создают тёплое сияние вдоль фасадов дворца. Когда я вижу Эйфелеву башню — сначала издалека, прогуливаясь вдоль Сены, а затем вблизи, — я замираю, глядя на неё, как на костёр: металлические конструкции башни озарены янтарным светом более чем 336 натриевых ламп высокого давления. 

Тем не менее, ночное освещение города далеко от идеала. С миллионами жителей, тысячами магазинов и ресторанов, а также 300 000 уличных фонарей город в целом входит в число самых ярко освещённых в мире. Даже у подножия башни яркие белые светодиодные лампы освещают африканских эмигрантов, торгующих дешёвыми беретами и сувенирами с изображением Эйфелевой башни. Кроме того, город заменяет старые натриевые уличные фонари на новые светодиодные, меняя тёплые жёлтые оттенки, которыми город славился на протяжении долгого времени, на яркие белые лампы, на которые никому не хочется смотреть. 

Тем не менее потенциал здесь есть. В 2019 году во Франции был принят общенациональный закон о сокращении уровня светового загрязнения, устанавливающий правила как в отношении общественного освещения (запрещающие направлять свет выше горизонтальной плоскости), так и частного освещения, например, магазинов, которые обязаны выключать наружное освещение и освещение витрин после 1 часа ночи. Кроме того, всё больше французских муниципалитетов уменьшают яркость или выключают уличное освещение после полуночи, чтобы сэкономить энергию и сократить выбросы углерода. Хотя уровень светового загрязнения во всём мире продолжает расти почти на 10% в год, Франции удалось снизить его общий уровень. Клоэ Боде, исследовательница из Университета Париж-Сакле, задокументировала местные меры по снижению освещённости и обнаружила, что люди в целом согласны с идеей уменьшения яркости или выключения освещения, главным образом из соображений энергосбережения и заботы об экологии. 

«Я заметила, что жители городских районов с пониманием относятся к такой политике, — говорит она мне. — Они думают: „Ладно, я и так не пользуюсь общественными пространствами ночью как пешеход, так зачем же оставлять свет включённым?“» Для неё главный вывод заключается в том, что единый уровень освещения не подходит для всех районов. «Я считаю, что нам реально нужна политика, дифференцированная в зависимости от конкретного района».

Ещё одним позитивным шагом стало сокращение искусственного освещения в стране с целью создания экологических коридоров, призванных защитить ночных животных, таких как птицы, летучие мыши и насекомые. Эти коридоры, соединённые между собой и погружённые в темноту, позволяют смягчить негативное воздействие на 30% позвоночных и более 60% беспозвоночных, ведущих ночной образ жизни. Даже для городских жителей эта trame noire («тёмная инфраструктура») помогает осознать, почему борьба со световым загрязнением важна для жизни на Земле. Общенациональные законы по борьбе со световым загрязнением, возможность по-разному освещать разные части города, тёмные коридоры для защиты биоразнообразия — именно такие изменения стали возможными благодаря светодиодам.

И это ещё не всё. Практически вплоть до 1920 года астрономы Парижской обсерватории наблюдали Млечный Путь. Сегодня это невозможно, но такая ситуация может повториться. Несмотря на яркие белые светодиодные фонари, которые сейчас освещают многие улицы Парижа, системы управления светодиодными сетями могут каждую ночь достаточно снижать уровень освещённости, чтобы Млечный Путь вновь стал виден над французской столицей. И при этом Париж мог бы стать «Городом Света» таким образом, что стал бы примером для других регионов мира.

Новое освещение требует нового мышления

«Я думаю, мы должны стремиться к тому, чтобы в городах были видны звёзды», — говорит Саймон Торп, когда я упоминаю об этом виде Парижа. «Просто нужно, чтобы всё работало скоординировано».

Ближе к концу нашей прогулки по Лондону, свернув с набережной и вернувшись в сторону Стрэнда, Торп ведёт меня по узкой Картинг-лейн за отелем «Савой», к месту, где на верхушке толстого фонарного столба, оригинального образца 1870 года, установлен газовый светильник. На небольшой табличке написано: «Последний сохранившийся в Вестминстере светильник, работающий на газе из канализации». Торп объясняет, что за толстым столбом скрыта трубка, по которой метан из канализации поступал к колпачку для сжигания. «Один из ранних примеров использования возобновляемой энергии», — шутит он. 

Огненно-оранжевое пламя радует глаз. Но даже здесь, на узкой улочке без автомобильного движения, в туристическом районе города, пламя затмевается расположенным поблизости незащищённым светодиодным фонарём. Торп качает головой. «Поразительно, что кто-то мог установить такой фонарь и подумать: „Отличная работа“».

В этом и заключается суть современного искусственного ночного освещения. Мы знаем, как правильно освещать пространство, и светодиоды дают нам такую возможность. Но хотя наша технология относится к XXI веку, слишком часто наше представление о свете и тьме, безопасности и защите застряло в прошлом. Мы могли бы использовать эту технологию гораздо эффективнее, чем сейчас. Мы могли бы переосмыслить освещение наших ночей таким образом, чтобы не только сократить затраты на энергию и техническое обслуживание, но и получить целый ряд преимуществ, включая более здоровый ночной отдых для людей, более безопасное небо для ночных животных и возвращение звёзд. 

В 2026 году история этих двух городов и их ночного искусственного освещения — это история блестящей технологии, которую мы создали, но ещё не научились контролировать. Одним словом, нам ещё предстоит изменить своё отношение к ночному искусственному освещению и использовать его более разумно и бережно — так, как мы могли бы и, как хочется надеяться, будем делать.