國家公園的一半是暗夜：暗夜星空研究的美國經驗及中國路徑

鐘樂 楊銳 趙智聰

暗夜星空（Night Skies）是亟待保護的重要自然資源之一。國際夜空協會（International Dark-Sky Association）在暗夜星空保護方面做了大量努力，并設立了專門的國際夜空保護地，但囿于其本身是國際合作機構，并非實體管理單位，因此在真正的管理實踐操作方面相對欠缺。相比國際夜空保護協會，作為實體管理機構的美國國家公園管理局在暗夜星空的保護和利用上做出的大量卓有成效的工作和取得的經驗更值得研究和借鑒。如：成立了專門的自然之聲與暗夜星空司（Natural Sounds and Night Skies Division），更邀請天文學家、藝術家、攝影師泰勒 諾德格倫（Tyler Nordgren）創作了51張國家公園暗夜星空的宣傳海報并在其中使用了頗具號召力的口號，即“國家公園的一半是暗夜”（half the park is after dark）。這一口號得到了美國國家公園管理局的充分認可及大力宣揚。顯然，對于美國國家公園管理局而言，暗夜星空所具有的重要價值足以令其成為“國家公園的一半”。

暗夜星空對于中國而言同樣重要。但目前中國對于暗夜星空的研究較少，為數不多的研究聚焦于國際夜空保護協會的夜空公園介紹[1]、夜空公園的建設與開發[2]、夜空亮度測量[3-4]，以及夜空光污染問題[5-6]，敞未展開以美國國家公園暗夜星空為對象的研究。筆者對美國國家公園的暗夜星空實踐經驗展開深入剖析，以期為中國提供借鑒。

1 背景

1.1 暗夜星空概念緣起

1988年，美國《國家公園管理政策（1988）》中指出國家公園的資源和價值“包含了各種有形的自然和文化特征，……它們也有一些無形的特質，如自然的寂靜、孤獨、空間、風景、歷史感、自然之聲以及清澈的暗夜星空”[7]，首次明確出現暗夜星空一詞；同年，國際夜空協會成立，并明確自己的目標是“倡導保護暗夜星空”“教育公眾和政策制定者有關暗夜星空保護的知識”。其后，暗夜星空的概念不僅在國家公園管理局和國際夜空協會的相關政策、文件中反復重現，也被學者和大眾所熟知。

1.2 暗夜星空定義

雖然國家公園管理局和國際夜空協會均未給出暗夜星空的定義，但綜合兩者對各自目標、工作、活動、組織等的相關介紹，可以明確的是暗夜星空是不被光污染的夜間天空，具有如下特征：1）不被光污染；2）是重要的自然資源；3）具有自然、文化等多重價值；4）是可恢復的瀕危資源。

1.3 暗夜星空保護需求

目前，暗夜星空已經成為一項亟待保護的瀕危資源。截至2016年，已有超過1/3的全球人口、60%的歐洲人和80%的美國人看不見銀河[8]。北美從1947—2000年光照每年增長約6%，而意大利北部地區的年均光照增長率為10%[9]。人工光產生的光污染是暗夜星空最大的威脅[10]。光污染不僅威脅暗夜星空，更帶來如下惡果：1）危害所有夜行性動物的生活習性；2）影響人類的晝夜節律；3）過度的照明造成資金和能源浪費；4）過度的人工照明加劇氣候變化。

2 暗夜星空價值

2.1 自然價值

暗夜星空的自然價值包含風景審美價值、生態系統價值、空氣質量指示價值等。暗夜星空的風景審美價值已得到廣泛認可，吸引了無數觀星愛好者。黑暗對于維持整個生態系統穩定運行不可或缺[11]，晝夜交替是植物生長發育、完成物候和夜行性動物生存必不可少的因素。暗夜星空還可以指示空氣質量。空氣中的顆粒能降低恒星的能見度并加劇城市燈光的散射，令夜空出現灰色外觀。

2.2 歷史價值

暗夜星空一直是人類歷史密不可分的重要組成。星座劃分、天文歷、航海導航等都與暗夜星空密切關聯。黑夜環境還構成了許多美國國家公園的歷史[12]，如美國總統西奧多 羅斯福、《沙鄉年鑒》的作者奧爾多 利奧波德、著名詩人卡爾 桑德堡都曾在黑夜中與國家公園結緣。

2.3 經濟價值

暗夜星空的經濟價值在兩方面得以體現：1）通過“天文旅游”創造經濟收益；2）通過控制光照節約資金。天象景觀是人類最好奇的自然現象之一[13]，觀星活動吸引更多訪客停留更長的時間，因此創造更多經濟利益。而為了保護星空，需要消除散射到夜空中的無用光線，這一舉措可以節約大量的能源耗費和資金浪費。據研究，使用更加友好的戶外照明方案，每年可節約20～100億美元[14]。

2.4 荒野價值

暗夜星空是荒野區域的一項重要特質。荒野區域作為大面積自然原貌得到基本保留或只被輕微改變的區域，是人類開發程度和控制程度相對最低的自然區域，因而具有最高的原真性和重要的保護價值[15]。光污染在某種程度上反映了人類活動的強度，是對荒野區域產生威脅的主要因素之一。因此，擁有高質量的暗夜星空是荒野區域的重要標準之一，暗夜星空具有重要的荒野價值。

3 美國國家公園對暗夜星空的保護

3.1 優勢

由于美國大多數的國家公園體系單位①，特別是分布其中的荒野區，都保留了最高的原真性并執行了最為嚴格的人類活動管控，具有最暗的夜空，因此成為暗夜星空保護的天然載體及絕佳的天象觀察點。

3.1.1 擁有最暗的星空

國家公園體系單位擁有全美最暗的星空。波特爾夜空分類法（Bortle Dark-Sky Scale）根據裸眼觀星和望遠鏡觀星所看到的星象的不同將夜空分為9個類別[16-17]，天空質量計（Sky Quality Meters）被用于測度某地點暗度，其值越大代表越暗，大多數人無法裸眼看到值≥21的地方[18]。根據對部分國家公園的實地測度（表1、圖1），它們多數擁有典型、真正甚至杰出的黑暗。

3.1.2 絕佳的天象觀察點

國家公園體系單位往往是絕佳的天象觀察點，不僅可以進行常規觀星，還可以在特定單位看到特殊的天象奇觀，如北極光，流星雨，金星、地球、火星的氣候變化等。在特殊天象偶發時，國家公園體系單位還會組織額外的觀察盛典，如2017年的日全食就有21個國家公園單位和7條國家步道為民眾提供觀察機會。

3.2 舉措

3.2.1 星空監測

從2001年開始，自然之聲和暗夜星空司就使用便攜式儀器對國家公園體系單位進行夜空的亮度監測（圖2），每張圖均為上北左東拍攝，和人們凝視天空時的方位一致。正中間是位于洛杉磯和馬里布之間的圣塔莫尼卡山國家休閑區，是郊區夜空的典型代表。他們使用CCD相機（帶電荷耦合的研究級數碼相機）[19]系統地測量116個國家公園超過317個地點的夜空亮度。每一份完整的監測數據報告都包括如下內容：公園名、監測地名、經緯度、海拔高度、監測時間、監測相機、監測者、空氣溫濕度、裸眼可見的極限星、波特爾夜空分類、全天空測度質量指標等。通過夜空亮度監測項目，國家公園管理局掌握了大量一手數據，能隨時察覺到任何可能產生的光污染，并及時做出應對措施。

表1 波特爾夜空分類與天空質量計測量指標表及部分美國國家公園的測度值Tab. 1 Bortle Dark-Sky Scale & Sky Quality Meters measurement index table and some U.S. national parks’ measurements

1 美國國家公園體系單位與夜空亮度的關系示意圖（圖中紅色細線為國家公園體系單位邊界；顏色由冷趨暖表示光照的亮度，黑色表示無光照，白色表示光照強度最大）The relationship between U.S. national park system units and brightness of night skies (The red line is the national park system units boundary. The color difference represents difference in illumination brightness, the black means no light, the white means maximum light intensity）

3.2.2 規劃設計

國家公園管理局認為應通過3步規劃來實現暗夜星空保護：1）正確識別暗夜星空的價值；2）平衡暗夜星空保護和照明需求，進行合理的功能區劃；3）實現戶外照明的最佳管理實踐。提出國家公園體系單位在具體的管理實踐中應遵守的6點建議：1）只在必須地點使用照明；2）使用感應裝置，只在必須時間使用照明；3）使用指向地面的燈罩避免燈光向四射；4）使用暖色燈具；5）減少照明功率以降低照度；6）使用現代化、高效的、最節能的照明設備。同時還指出并非所有的節能照明都對夜空友好，應綜合天空質量測量、戶外照明能源使用統計及其他數據來進行規劃效果跟蹤，并反饋指導未來行動。

3.2.3 訪客管理

為實現向訪客提供最佳暗夜星空體驗的目標，許多國家公園體系單位提出參加暗夜星空活動時的照明友好要求，以實現最小化人工光照干擾。這些要求集中于：1）優先使用紅光設備；2）禁止使用白光，包含手電、頭燈、手機；3）改造照明設備，使用屏蔽式照明；4）降低照明功率；5）使用LED或感應式照明。

3.2.4 活動組織

眾多國家公園體系單位也開展了暗夜星空活動，活動主要有4類：1）一年四季均可進行的觀星活動；2）常在夏季開展的滿月遠足活動；3）一年一度的天文節，包含講座、匯演、觀星等活動；4）須使用特殊的太陽望遠鏡進行的觀日活動。此外，還有部分國家公園開展特色項目，如大盆地國家公園的“列車觀星之旅”，拉森火山國家公園的“少年夜間游俠”等。

3.2.5 價值展示

美國國家公園管理局通過官方網站、海報、郵票、出版物等多種方式對暗夜星空的價值進行展示和宣傳。暗夜星空的價值、光學知識、光景觀的管理、探索途徑及暗夜星空的照片、視頻、地圖等在國家公園管理局的官方網站得到大篇幅介紹。其中宣傳介紹國家公園的暗夜星空的海報就有51張（圖3）。2016年雷尼爾山國家公園的星軌照入選慶祝國家公園管理局成立100周年的16張紀念郵票。以上充分顯示了暗夜星空對國家公園的價值。此外，《暗夜中的公園：國家公園觀星初學者指南》（Parks After Dark: A Beginner's Guide to Stargazing in The National Parks）[20]《星星在上，大地在下——國家公園天文學指南》（Stars Above, Earth Below: A Guide to Astronomy in the National Parks）《天文探險和假期——如何在休閑時間最大限度地學習天文學》（Astronomy Adventures and Vacations: How to Get the Most out of Astronomy in your Leisure Time）[21]更是向大眾普及國家公園暗夜星空的利器，幫助人們更深入、生動地了解國家公園的暗夜星空知識。

3.3 保障

3.3.1 法律保障

國家公園的保護對象是《1916國家公園組織法》中規定的“風景資源、自然和歷史資源、野生動物資源”[22]，雖然在這項奠基性的法案中并未特別針對暗夜星空做出規定，但暗夜星空在自然、歷史、經濟、荒野等方面所具有的價值決定了它是保護“風景資源、自然和歷史資源、野生動物資源”不受損害的前提之一，兩者在保護目標上具有天然的一致性。為保護好暗夜星空，國家公園管理局頒布了一系列政策（表2）。隨著時間的推移，國家公園管理局更加重視暗夜星空，尤其重視暗夜星空在滿足訪客體驗、科普宣教方面的功能。

3.3.2 國際合作

為更好地保護暗夜星空，美國國家公園體系單位還與國際夜空保護協會展開了密切合作。目前國際夜空保護協會共認定了來自14個國家的62個國際夜空公園，美國以44個位列全球第一；而美國的夜空公園中有20個為國家公園體系單位③（表3）。

4 中國暗夜星空研究的必要性與可行性

4.1 必要性

暗夜星空是中國重要的自然資源之一，具有豐富且突出的自然價值、經濟價值、荒野價值、文化價值。以文化價值為例，因為中國悠久的5 000年文明史而更彰顯分量，與天文相關的星野星宿、七政四余、二十四節氣等早已融入中華民族的文化基因，不僅如此，中國古人將科技體系分為“農、醫、天、算”四門，暗夜星空正是天文的重要組成部分，可見暗夜星空對中國文明的重要性。

暗夜星空同樣是中國亟待保護的自然資源，中國高速的城市建設正不斷蠶食著暗夜星空，人們正日益遠離夜空。據國家統計局數據顯示，2004—2017年中國城市建成區面積從30 406.19 km2增長至56 225.38 km2，增加了25 819.19 km2；城區面積從2008年的178 110.28 km2到2017年的198 357.17 km2，增加了20 246.89 km2；顯然，伴隨著城鎮的擴張，人工燈光正不斷蠶食暗夜星空。與此同時，中國的城鎮化率從1998年的33.35%上升到2017年的58.52 %，充分表明越來越多的人群進入城市生活，逐漸失去體驗夜空的機會。

4.2 可行性

2 美國國家公園管理局暗夜星空團隊制作的9個國家公園體系單位夜空亮度圖（每張圖均為上北左東拍攝，和人們凝視天空時的方位一致）。正中間是位于洛杉磯和馬里布之間的圣塔莫尼卡山國家休閑區，是郊區夜空的典型代表[12]Nine all-sky brightness mosaics made by the U.S. NPS Night Sky Team (for each, North is up and East is left to match the view when looking up at the sky). The central image is the sky over the Santa Monica Mountains National Recreation Area between Los Angeles and Malibu. This is a fairly typical representation of a suburban sky[12]

3 部分美國國家公園暗夜星空宣傳海報Night sky posters of some U.S. national park system units

表2 美國國家公園管理局對暗夜星空的各項政策要求Tab.2 The U.S. National Park Service’s policy requirements for night skies

表3 列入國際夜空公園的美國國家公園體系單位Tab. 3 The U.S. National Park system units certified as the international dark sky parks

4 中國國家公園體制試點區和中國光照亮度的耦合關系The coupling relationship between China’s pilot project of national park system and illumination intensity

5 中國主要國家級自然保護地和中國光照亮度的耦合關系The coupling relationship between China’s national natural protected areas and illumination intensity

6 中國國家公園暗夜星空研究框架Research framework of night skies of China’s national parks

自2015年啟動國家公園體制試點工作以來，中國已設立11個國家公園體制試點區，其中青海三江源、東北虎豹、祁連山、大熊貓、湖北神農架、浙江錢江源、福建武夷山、云南普達措、湖南南山、海南熱帶雨林以保護生態系統為首要目標，均與中國最暗的天空所在地有著高度的耦合性（圖4）。目前，中國已設立國家級自然保護區474處，國家級風景名勝區244處，國家森林公園880處，國家級地質公園272處④，各類自然保護地也均與中國最暗的天空有著高度的空間耦合性（圖5）。此外，中國荒野制圖[23]也顯示出中國暗夜星空分布與荒野地分布之間存在較強的相關性。顯然，在中國的國家公園和其余各類自然保護地中開展暗夜星空研究是高度可行的。

當下，中國的國家公園體制建設不斷深入，《建立國家公園體制總體方案》的頒布，“建立以國家公園為主體的自然保護地體系”的提出，自然資源部、國家公園管理局的成立不僅是國家公園體制發展的契機，更是暗夜星空保護的“東風”。

5 中國暗夜星空研究的可能路徑

暗夜星空是宇宙賜予人類的獨特資源，是維持生態系統不可或缺的關鍵環節。在國家公園和其余各類自然保護地中，暗夜星空應該持續惠及那些需要黑夜的動物、植物和人類。保護和管理好暗夜星空是國家公園應盡之責，是風景園林學的應盡之責。這也與“為了保持或提高生存、生產、生活和生態品質，人類個體或群體營造特定土地的過程”的“境其地”理論有高度耦合性[24]。因此，借鑒“境其地”理論，對中國國家公園暗夜星空研究的可能路徑進行預測。

總體而言，中國國家公園暗夜星空研究可從“筑境之道”“營境之理”“成境之術”3方面展開。1）“筑境之道”是從認識論方面研究暗夜星空的概念與內涵，包括暗夜星空概念的界定，暗夜星空各類價值的識別等，是構筑暗夜星空研究領域的基礎。2）“營境之理”是暗夜星空研究領域中所有自然科學和人文科學規律的集合，是暗夜星空理論研究，包括理論體系框架的搭建和暗夜星空的相關保護理論、利用理論等。尤其是在中國高度重視生態文明建設的背景下，暗夜星空與自然保護、環境保護及治理等的聯動研究，如夜空亮度與空氣質量、人口密度之間的關聯，夜空亮度制圖與荒野制圖之間的互為依據、互為作證，夜空亮度對植被、夜行性動物甚至對生態系統的影響等，是夯實暗夜星空研究領域的重中之重。3）“成境之術”是所有與“境”相關的技藝和方法概念的集合，屬于暗夜星空研究領域中的實踐探索，包括國家公園暗夜星空體驗地的規劃建設研究、燈光控制研究等，前者又包含體驗地的選址、規劃設計導則、訪客行為導則、解說教育導則等，后者則包含星空監測、制圖、數據庫建設等方法和技術體系構建、道路基礎設施、人類聚居點、科教設施等的燈光控制導則。在此基礎上，大膽預測，從前述方面展開的中國國家公園暗夜星空研究能夠產生一批高質量的研究成果，主要服務于兩類人群：1）國家公園管理者，有助于制定國家公園暗夜星空管理政策、保護指南、規劃指南等；2）訪客和社區，有助于形成國家公園暗夜星空保護手冊、環境教育手冊。對于中國國家公園的主管部門和管理機構而言，1）應確立暗夜星空對于國家公園的價值，2）應鼓勵、支持并組織各方力量參與到暗夜星空的保護與研究中，3）在國家公園里布局、引領暗夜星空體驗活動。上述框架只是初步構想，還存在更多可能性，亟待有識之士共同去深入研究、發掘。

注釋(Notes)：

① 根據美國國家公園管理局官方網站介紹，國家公園管理局管理著包含國家公園、國家紀念地、國家海岸等20個分類共418個獨立單位。

② 光度/平方角秒，角秒：一度的1/3 600。

③ 根據國際夜空保護協會官方網站https://www.darksky.org/our-work/conservation/idsp/parks/的數據整理。

④ 各類國家級自然保護地數量來自國家林業和草原局自然保護地管理司所提供數據。

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

圖1、4～6由江西農業大學園林與藝術學院風景園林專業碩士研究生鐘鵬、陳小敏繪制；圖1數據來源引自參考文獻[8]，美國國家公園體系單位邊界數據來源為：美國國家公園管理局，https://irma.nps.gov/DataStore/Reference/Profile/2224545?lnv=Truehttps://irma.nps.gov/DataStore/Reference/Profile/2224545?lnv=True；圖 4數據來源：地理國情監測云平臺，2013年DMSP/OLS中國夜間燈光影像，http://www.dsac.cn/DataProduct/Detail/201116（影像的像元DN值代表平均燈光強度，其范圍為0-63，采用自然斷點法進行燈光強度的分級，數值并非實際天空質量計測量值）；圖4、5中國地圖底圖來源為國家基礎地理信息中心（https://www.cehui8.com/e/wap/show.php?classid=42&id=205），審圖號為GS(2013)1879，國家公園和各國家級自然保護地空間點位數據由作者根據各方資料矢量化；圖2引自參考文獻[12]；圖3引自http://www.tylernordgren.com/milky-way-posters/arches-nationalpark；表1根據參考文獻[12]由作者整理；表2根據NPS發布的歷年政策文件整理；表3數據來源：https://www.darksky.org/our-work/conservation/idsp/parks/。