Cuando las plantas absorben demasiada energía, no engordan, se relajan. Absorben más luz solar de la que necesitan para impulsar la fotosíntesis, y se deshacen del exceso de energía solar emitiéndolo como un resplandor muy tenue. La luz es demasiado tenue para que la notemos en circunstancias normales, pero se puede medir con un espectrómetro. Llamada fluorescencia inducida por el sol (SIF), es la señal de fotosíntesis más precisa que se puede observar desde el espacio.

Eso es importante porque a medida que cambia el clima de la Tierra, Las temporadas de cultivo en todo el mundo también están cambiando tanto en tiempo como en duración. Estos cambios pueden afectar la producción mundial de alimentos y el ritmo del calentamiento del efecto invernadero. No es posible medir la fotosíntesis globalmente desde el nivel del suelo, y los experimentos de laboratorio no pueden replicar fácilmente todos los factores ambientales que afectan el crecimiento de las plantas, como la disponibilidad de agua, incendios forestales y competencia de otras plantas, factores que también están cambiando con el clima.

El Observatorio Orbital de Carbono 3 (OCO-3), que se lanzará a la Estación Espacial Internacional a finales de este mes, se unirá a su hermano mayor, OCO-2, en la medición de SIF junto con su objetivo principal de concentraciones de dióxido de carbono en todo el mundo. Los dos satélites estarán en órbitas diferentes:OCO-2 circula alrededor de la Tierra de polo a polo, mientras que OCO-3 se montará en el exterior de la estación espacial, que circula entre 52 grados norte y 52 grados sur de latitud.

La vista desde la estación espacial permitirá a OCO-3 recopilar un conjunto de datos más denso que OCO-2 sobre las partes de la Tierra donde se emite y almacena la mayor cantidad de carbono. La órbita de la estación espacial también llevará el instrumento sobre cualquier ubicación de la Tierra en un momento diferente en cada órbita, permitiendo las primeras observaciones desde el amanecer hasta el anochecer de cómo varía el SIF en el transcurso de un día.

Nicholas Parazoo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, es el científico principal de SIF para OCO-3, y espera con ansias el conjunto de datos combinados para obtener información sobre regiones remotas que están relativamente poco estudiadas. "Los dos con alto contenido de carbono, regiones altamente inciertas en la Tierra son el Ártico, donde hay mucho carbono en el suelo, y los trópicos, donde hay mucho carbono en las plantas, ", Dijo Parazoo." Con OCO-2 y OCO-3 combinados, vamos a observar esas regiones con un detalle sin precedentes ".

Parazoo y sus colegas utilizarán algoritmos desarrollados previamente para extraer la señal SIF del conjunto completo de datos recopilados por OCO-3. El instrumento consta de tres espectrómetros, cada uno observando diferentes bandas de longitudes de onda en el espectro electromagnético. Cada tipo de molécula de gas en la atmósfera:oxígeno, dióxido de carbono y los demás:absorbe la luz solar en un conjunto único de longitudes de onda. Un espectrómetro que observe las longitudes de onda correctas verá esta absorción como una serie distintiva de líneas oscuras, como el código de barras espectral de un gas en particular.

Los tres espectrómetros de OCO-3 están sintonizados en dos bandas de longitud de onda que cubren diferentes partes del código de barras de dióxido de carbono y una banda con un código de barras de oxígeno. Como sucede, el espectrómetro de oxígeno registra no solo las longitudes de onda absorbidas por el oxígeno, pero también longitudes de onda cercanas donde SIF brilla con especial fuerza. "Por lo tanto, la medición de SIF no fue por diseño, sino un bono muy afortunado, "Dijo Parazoo.

Desde que la científica de la NASA Joanna Joiner y sus colegas produjeron las primeras mediciones SIF desde el espacio en 2010, antes de que se lanzara OCO-2, los datos SIF se han generado a partir de satélites europeos y japoneses anteriores. Sin embargo, OCO-2 tiene un campo de visión de escala mucho más fina, o huella, que cualquier satélite precedente, con cada imagen cubriendo un área de aproximadamente una milla cuadrada (menos de tres kilómetros cuadrados).

OCO-3 agregará a esa ventaja algo que OCO-2 no puede hacer:mientras OCO-3 orbita, girará su sensor rápidamente para apuntar a torres instrumentadas en el suelo debajo de la nave espacial. Estas torres miden la FIS y la fotosíntesis al mismo tiempo, con resolución similar a OCO-3. La validación de los datos de esta manera proporciona información crítica sobre el rendimiento de OCO-3 y puede aumentar la comprensión científica de la mecánica SIF subyacente.

Los datos promediados en un área grande sugieren que existe una relación directa entre la entrada de energía solar y la fotosíntesis que se lleva a cabo. Con los datos de escala fina de OCO-2, Parazoo dijo:"Descubrimos que la relación entre SIF, La energía solar absorbida y la fotosíntesis es más complicada de lo que pensábamos. Estamos tratando de entender eso ". Él espera que OCO-3 pueda arrojar algo de luz sobre las causas de esta complejidad.

Las ciudades son otra área donde la medición del SIF es de interés. Son más calientes que las regiones naturales circundantes debido a sus muchas fuentes de calor y superficies que absorben el calor. como pavimento. La comparación de cómo crecen y prosperan las mismas especies de plantas tanto en una ciudad como en su entorno natural ofrece una especie de adelanto de cómo responderán estas plantas a un clima más cálido.

OCO-2 recopila un solo, segmento estrecho de datos que atraviesan algunas ciudades en cada órbita, pero OCO-3 apuntará y registrará SIF en casi todas las principales ciudades tropicales y de latitudes medias. Las mediciones pueden resultar útiles para los planificadores urbanos a la hora de utilizar sabiamente sus recursos hídricos, así como a los biólogos para comprender los efectos del estrés por calor en las plantas.

Con tantas vías de estudio prometedoras derivadas de SIF, Las mediciones de luz de la planta de OCO-3 arrojarán luz sobre nuevos hallazgos en los próximos años.