貝德羅希安解釋說，對於人類來說，夜晚的光線可能會產生「雙重打擊」，不僅會擾亂睡眠，還可能誘發疾病。事實上，越來越多的研究表明，夜間光線與乳腺癌的風險增加有關。有些實驗表明，褪黑素的降低可能在這方面發揮了負面作用。
出品|網易科學人欄目組
譯者|小小
自從愛迪生發明的燈泡開始照亮世界，大多數人類就此告別了夜晚的星空，地球上超過60%的地區天空都被昏黃的光汙染所籠罩。人造光在給人類生活帶來便利的同時，同樣產生了不可忽視的負面影響，不僅影響著觀星和動物行為，甚至影響人類健康。
圖1：由於大量的光線照射，大城市在夜間很容易被從太空中看到。即使在地面上，它們也可以從很遠的地方看到，因為它們會產生名為「天空輝光」現象。
1994年，大地震襲擊了美國加州洛杉磯市。在隨後的幾天裡，許多居民報告稱看到巨大的銀色光暈在夜空中伸展開來。有些人擔心這種神秘的景象與地震有關。這些人終生都生活在燈火通明的大城市裡，很少有人見到過星星，他們肯定從未見過這種夜空光雲。實際上，那是我們的銀河系！
圖2：這是2012年美國宇航局衛星拍攝到的美國夜空，顯示夜空幾乎被人造光照亮
在這場燈火管制之前的數十年中，城市燈光始終遮擋著來自遙遠太空的微弱光線。當人造光照射到不需要它們的地方時，就形成了所謂的光汙染。事實上，它被認為是世界上最大的汙染形式之一，它阻止了2/3的美國居民和半數歐洲人觀看銀河系。隨著城市的持續擴張，光汙染每年都在增加。
當然，這並非意味著電燈成了邪惡之源。在過去100年間，電燈幫助人們在太陽落山後還能繼續工作和娛樂，公路兩旁的路燈讓汽車夜間行駛變得更安全。在許多方面，點亮夜晚都是好事。但這同樣也存在缺點。有時候，有用的燈光也會造成意外傷害，這個問題甚至超出了我們享受夜空的能力。研究表明，光汙染可以改變植物、動物和人的行為。有些不自然的光暗周期甚至可能使人類生病。
圖3：這應是夜空原本的樣子，有成千上萬顆星星在閃爍。在這裡，銀河在科羅拉多州恐龍國家紀念館的上方清晰可見。
在不使用望遠鏡的情況下，夜晚應該有8000多顆星星是肉眼可見的，其中多達4000顆可以同時被看到。但是，要想看到最多的行星，人們需要前往遠離城市或其他居民區的地方。生活在城市地區的人們只看到我們祖先能看到的一小部分星星。以紐約為例，遠郊的人們可以在萬裡無雲的夜晚看到250顆星星。靠近市中心的人，比如在布魯克林區或皇后區，可能只能看到50顆星星。而在曼哈頓中部，看到15顆行星都算運氣好。
那麼，是什麼從天空中擦除了這些星星？人造光。我們的眼睛大約要半個小時才能完全適應黑暗。只有這樣，我們才能精確分辨來自遙遠恆星發出的暗弱光線。但當我們接觸到更明亮的燈光時，比如車燈、門廊燈、手電筒或手機屏幕時，我們的眼睛立即就失去了對黑暗的適應能力。在我們日益電氣化的世界裡，這樣的光汙染幾乎很難逃避。
圖4：瑞典湖面上反射出大城市上空的光暈，請注意地平線上的穹頂形狀。
正在美國科羅拉多州柯林斯堡（Fort Collins）為美國國家公園服務局下屬自然聲音和夜空司研究光汙染的傑裡米·懷特（Jeremy White）解釋說，光汙染可分為三種形式。第一種是來自特定光源的直射光，如手電筒或頭燈，它被稱為直射眩光。間接光可以在天空光或「光穹頂」找到，這種光線可以讓你知道遠處有城市。而射入不想被侵入的地面或建築物中的光，則被稱為光侵擾。
在直射眩光中，光線直接從光源進入某人的眼睛。眩光往往會分散我們的注意力，使我們分心。懷特表示，對於夜間司機來說，面對迎面而來的前燈或明亮閃爍的標誌，這是個大問題。此外，這種光也會影響行人，使他們很難看到隱藏在暗處的東西。雖然許多人認為安全燈使他們更安全，但實際上這些直射眩光會讓你更難發現不想被人看見的人。
天空發光通常都是屬於間接光。從遠處看，它像一個光穹頂。當光進入空氣中的粒子（如水蒸氣、煙霧或其他汙染物）中時，就會出現這種穹頂。懷特解釋說，這些分子會散射光，產生可見光。他說，這種光照非常明顯，從某些城市中心的天空可以被250公裡外看到。
圖5：這些街燈向各個方向發光，產生直射眩光和光侵入。它們也可能改變附近樹木的生長情況。
當街燈照亮本應屬於黑暗空間的地方，或某人的安全燈照亮鄰居的房子時，就發生了光入侵現象。懷特解釋說：「天空中有天空的光輝，但光入侵發生在地面或建築物上。」
懷特稱，這三種光汙染都是由於照明不當造成的。夜晚的光線很重要，但是我們需要在地面上的特定地方發光。許多街道、門廊和安全燈的光線超出了它覆蓋的範圍，它們可以水平或向空中發光。明亮的廣告也能做到這一點。水平光線會引起眩光和光入侵，而向上閃爍的光會使天空發光。兩者都能影響到生物。
幾乎所有生物都需要經曆日夜周期，通常每24小時重複循環。這樣的周期稱為晝夜節律（Sur KAY dee）。許多植物在早晨開花，其他則只在晚上開花。動物在特定的時間搜尋食物。有的晚上睡覺，白天進食。有些晚上進食，而白天睡覺。在24小時內，光和黑暗的周期性循環通常控制著這種行為。
當晝夜周期中發光部分延長時，動植物的反應就會改變。例如，黑暗時長決定了許多樹木何時在春天發芽、開花，以及在秋天何時落葉。當然，並非所有植物都對光暗周期敏感。但是那些生活在街燈或其他全夜燈附近的植物，可能不會在自然狀態下休眠。相反，它們一年四季都在生長。這可能導致這些植物無法應對壓力條件，如乾旱或樹葉被昆蟲和真菌侵入等。
動物也受到夜間燈光的影響，不僅僅是因為它們的生物鐘被改變了。在大城市裡，即使沒有人在工作，建築物內的燈也可能在晚上開著。這些燈會吸引候鳥，因為它們經常在夜間旅行。這種鳥進化到利用遙遠而昏暗的燈光來引導他們旅行的能力。然而，現在明亮的城市燈光可能會讓鳥類感到困惑。它們就像圍繞街燈的飛蛾，圍繞明亮的建築繞圈飛行。這種行為會繼續下去，直到鳥兒筋疲力盡地摔落地面。它們很容易受到其他威脅，如狗、貓或車輛等。根據國家奧杜邦協會統計，每年晚上有數百萬隻鳥死於這種人造光。
海灘附近燈火通明的地區可能會給海龜帶來不同的問題。雌性海龜每年只會上岸1次，趁著夜色在沙灘上挖洞產卵。水可以反射來自月亮和星星的光，這通常會讓大海顯得比海灘更明亮。雌性海龜利用這種光線差別尋找建立巢穴的安全地點。海龜產卵後，會在上面鋪滿沙子，然後在月光和星光的指引下回到海中。大約兩個月後，小海龜會在它們的巢穴中孵化出來。它們也利用月亮和星星發出的自然光尋找到通往大海的路線。
圖6：在美國佛羅裡達州Vero Beach，研究人員標記剛孵化出來的小海龜行動軌跡。大部分海龜都被人造光所迷惑，反而會遠離海洋。
然而，城市照明已經改變了這些現象。人們在海龜築巢的海灘上建造了旅館、度假村和房屋。到了晚上，這些建築物比海洋顯得更加明亮，這可以讓海龜迷失方向。佛羅裡達州蓋恩斯維爾海龜保護協會的照明專家格溫·奧博霍爾策（Gwen Oberholtzer）指出，有人報告在遊泳池、停車場或公路上發現成年雌性海龜。小海龜也同樣會感到困惑，每年都會有無數剛剛孵化的小海龜迷失方向，大多數最終將死於疲憊和口渴。
即使是困惑的海龜找到了出海的路，也可能沒辦法記住重新回來的路徑。她解釋說，許多小海龜浪費了太多的精力去流浪，這使得它們不太可能到達能夠提供大量食物和躲避捕食者的重要近海棲息地。小海龜需要幾年才能到達繁殖年齡。在那之前，它們都生活在海洋裡。只有當這些爬行動物長大到能自己產卵時，它們才會短暫上岸，並前往它們出生的築巢地點。這種多年的延遲使得科學家很難確定光照會如何改變小海龜的健康狀況。
光汙染也會影響蝙蝠，其中少數蝙蝠物種能從光汙染中獲益。由於昆蟲被街燈所吸引，這些蝙蝠可以在這裡找到大量美食。但是專門研究蝙蝠和光汙染的行為生態學家丹尼爾·萊萬茨克（Daniel Lewanzik）發現，有些蝙蝠會避免發光區域。萊萬茨克目前在德國塞維森的馬克斯普朗克鳥類研究所工作，他擔心電燈可能會阻止蝙蝠到達它們進食的地方。
圖7：作為蝙蝠實驗的一部分，萊萬茨克將光源放在胡椒植物上
在2014年研究中，萊萬茨克前往哥斯大黎加，調查夜間照明對蝙蝠進食的影響。那時，他為德國柏林的萊布尼茨動物園和野生動物研究所工作。萊萬茨克捕捉蝙蝠進行各項測試，並把它們放在飛行的圍欄裡。他設置了兩個較小的圍欄，每個都有蝙蝠喜歡吃的胡椒。圍欄的一側有燈光照射，另一側則保持黑暗。在晚上6點到凌晨2點之間，萊萬茨克統計了蝙蝠進入每個圍欄的頻率。研究顯示，蝙蝠在黑暗面進食的機率是光照面的兩倍還多。
為了觀察蝙蝠在野外的行為是否相同，萊萬茨克記錄下它們在熱帶雨林中尋找食物的場景。他找到在灌木深處生長的胡椒植物，其他的則生長在夜間用鈉蒸氣燈照明的地方。這些燈會發出橙色的光。在日落3小時後，蝙蝠吃掉了黑暗地區植物所有成熟的果實。而處於光照條件下的胡椒，只有不到78%成熟果實消失。當然，這種行為與電燈密切相關，皎潔的月光並沒有阻止他們吃掉胡椒。
對於野生動物來說，夜間照明的顏色也有很大的影響。許多路燈發出紅光和紅外線。電磁光譜包括所有類型的光，紅外線正好超出了人們可以看到的紅光範圍。我們利用紅外線輻射探測熱量，有些植物用它來決定何時開花，因為溫暖的夜晚通常是氣候進入變暖周期的標誌。那些夜間接受人造光照射的植物，可能比正常情況下提前開花。
紅光同樣會影響許多鳥類。候鳥往往利用地球磁場來幫助在夜間尋找方向，但他們的大腦似乎需要吸收藍綠色波長的光，並利用這些磁場的線索。某些波長（比紅光波長更長的光）會干擾鳥類利用磁場進行導航的能力。因此，受影響的鳥類可能偏離航向。研究表明，用波長較短的綠色代替長波的紅色光有助於候鳥在途中停留。
但是短波長的人造光並不總是良性的。發光二極體或LED燈，往往會散發短波長的光。這些節能燈泡近年來十分流行。明亮的白色等會發出很多藍光（短波長）的光。這種顏色可以欺騙身體，以為是白天，即使我們的身體可能「知道」當時是深夜。
圖8：夜班工人，比如這裡的醫院工作人員，夜裡會遇到明亮的燈光。這可能會使他們的身體以為是白天，進而帶來健康風險。
考慮到電子設備的日益普及，很少有人在晚上體驗到完全的黑暗，即使是在家中。當我們入眠時，街燈或汽車發出的光依然透過窗簾邊緣在閃爍。即使是裝在電子設備上的小燈或時鐘收音機上發光的數字，也會破壞我們在黑暗中看東西的能力。
也許令人感到驚訝的是，夜間如此低的光線也可能影響健康。美國加州索爾克生物研究所主要研究基因和行為的專家特雷西·貝德羅希安（Tracy Bedrosian）表示：「夜晚的燈光會擾亂人類的睡眠，而睡眠不足會對健康和行為產生許多負面影響。」
然而，貝德羅希安指出，夜晚的燈光不僅剝奪了人們的睡眠。她在倉鼠測試中發現，隨著夜晚的光線逐漸消失，人類和倉鼠的大腦中都會產生一種褪黑素，它能讓我們準備好睡覺。但貝德羅希安的研究小組顯示，即使暴露在昏暗的光線下，也會導致倉鼠體內的褪黑素減少。
更重要的是，倉鼠的大腦也顯示突觸數量減少。突觸位於2個神經細胞之間，是神經信號傳遞的必經之路。在患有抑鬱症的人身上，存在類似突觸減少的情況。貝德羅希安研究發現，存在這類大腦變化的動物表現得好像很沮喪。他們走動較少，對愉快的經歷也表現出較少的興趣，比如喝糖水。
圖9：智慧型手機的LED顯示屏可以提供很多藍光。如果在就寢時間查看，這種光線可能會干擾身體的內部生物鐘，使它難以產生足夠的褪黑激素來促使人入睡。
貝德羅希安解釋說，對於人類來說，夜晚的光線可能會產生「雙重打擊」，不僅會擾亂睡眠，還可能誘發疾病。事實上，越來越多的研究表明，夜間光線與乳腺癌的風險增加有關。有些實驗表明，褪黑素的降低可能在這方面發揮了負面作用。
青少年應該儘量避免在夜間使用智慧型手機、平板電腦和其他設備。這樣可以讓他們的大腦處於「足夠的黑暗時間」，以保持正常工作。
懷特指出，選擇「柔和」或「溫暖」的白色LED燈而非明亮白色，可能也有所助益。柔和或溫暖的白光發出的光接近紅色末端的顏色，而明亮的白色更接近於藍色波長，更多傾向於模仿日光。夜晚避免類似白天的照明可以改善人們的睡眠和情緒。
與其他可見光相比，藍光更容易散射。這意味著，藍光更容易在空氣中遇到粒子反彈，並在其他方黑暗的地方產生輝光。當這種情況發生在室內（因為電子設備上的藍光），它會讓你無法睡個好覺。事實上，韓國4月份發布的研究報告，顯示智慧型手機的LED光對年輕人會產生巨大影響。這種光會減少睡意，減緩褪黑激素的產生，並導致人們產生錯誤。
圖10：這張照片顯示了適當的室外照明。這些光被屏蔽以消除直射眩光、光線侵入或天空輝光
懷特指出，在戶外使用柔和或溫暖的燈光可以幫助減少天空輝光現象。如果你或者你的父母正在更換室外燈具，考慮下遮擋燈泡直接下射的光線，這可以防止直射炫光，同時將光線集中於最需要照明的地方。奧博霍爾策表示：對付破壞性的夜晚戶外照明可能是最容易解決的問題，比如可以關掉電燈。而且它不像其他類型的汙染那樣，對環境會產生持久傷害。這類汙染可以很快消除，人們只需要意識到問題所在，並採取行動。