Als planten te veel energie opnemen, ze worden niet dik - ze worden lichter. Ze absorberen meer zonlicht dan ze nodig hebben voor de fotosynthese, en ze ontdoen zich van de overtollige zonne-energie door het als een zeer zwakke gloed uit te zenden. Het licht is veel te zwak voor ons om onder normale omstandigheden op te merken, maar het kan worden gemeten met een spectrometer. Zonne-geïnduceerde fluorescentie (SIF) genoemd, het is het meest nauwkeurige signaal van fotosynthese dat vanuit de ruimte kan worden waargenomen.

Dat is belangrijk omdat, als het klimaat op aarde verandert, groeiseizoenen wereldwijd veranderen ook in zowel timing als lengte. Deze veranderingen kunnen van invloed zijn op de wereldvoedselproductie en het tempo van de opwarming van de aarde. Het is niet mogelijk om fotosynthese globaal te meten vanaf de grond, en laboratoriumexperimenten kunnen niet gemakkelijk alle omgevingsfactoren repliceren die de plantengroei beïnvloeden, zoals de beschikbaarheid van water, bosbranden en concurrentie van andere planten - factoren die ook veranderen met het klimaat.

De Orbiting Carbon Observatory 3 (OCO-3), gepland om later deze maand naar het internationale ruimtestation te gaan, zal zich bij zijn oudere broer of zus voegen, OCO-2, bij het meten van SIF samen met het primaire doel van kooldioxideconcentraties over de hele wereld. De twee satellieten zullen in verschillende banen zijn:OCO-2 omcirkelt de aarde van pool tot pool, terwijl OCO-3 aan de buitenkant van het ruimtestation zal worden gemonteerd, die cirkelt tussen 52 graden noorderbreedte en 52 graden zuiderbreedte.

Het uitzicht vanuit het ruimtestation stelt OCO-3 in staat om een ​​dichtere dataset te verzamelen dan OCO-2 doet over de delen van de aarde waar de meeste koolstof wordt uitgestoten en opgeslagen. De baan van het ruimtestation zal het instrument ook over een bepaalde locatie op de aarde op een ander tijdstip in elke baan brengen, waardoor de eerste waarnemingen van zonsopgang tot zonsondergang mogelijk zijn van hoe SIF in de loop van een dag varieert.

Nicholas Parazoo van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, is de leidende SIF-wetenschapper voor OCO-3, en hij kijkt uit naar de gecombineerde dataset om inzicht te krijgen in afgelegen regio's die relatief weinig bestudeerd zijn. "De twee koolstofarme, zeer onzekere gebieden op aarde zijn het noordpoolgebied, waar veel koolstof in de grond zit, en de tropen, waar veel koolstof in de planten zit, " zei Parazoo. "Met OCO-2 en OCO-3 gecombineerd, we gaan die regio's in ongekend detail observeren."

Parazoo en zijn collega's zullen eerder ontwikkelde algoritmen gebruiken om het SIF-signaal te extraheren uit de volledige set gegevens die door OCO-3 zijn verzameld. Het instrument bestaat uit drie spectrometers, elk observeert verschillende golflengtebanden in het elektromagnetische spectrum. Elk soort gasmolecuul in de atmosfeer - zuurstof, koolstofdioxide en de andere - absorbeert zonlicht in een unieke reeks golflengten. Een spectrometer die naar de juiste golflengten kijkt, ziet deze absorptie als een onderscheidende reeks donkere lijnen, zoals de spectrale streepjescode van een bepaald gas.

De drie spectrometers van de OCO-3 zijn afgestemd op twee golflengtebanden die verschillende delen van de streepjescode van kooldioxide bestrijken en één band met een zuurstofstreepjescode. Zoals het gebeurt, de zuurstofspectrometer registreert niet alleen de door zuurstof geabsorbeerde golflengten, maar ook nabije golflengten waar SIF bijzonder sterk schijnt. "Dus de SIF-meting was niet door het ontwerp, maar een buitengewoon gelukkige bonus, ' zei Parazoo.

Sinds NASA-wetenschapper Joanna Joiner en collega's de eerste SIF-metingen in de ruimte produceerden in 2010 - voordat OCO-2 werd gelanceerd - zijn SIF-gegevens gegenereerd van eerdere Europese en Japanse satellieten. Echter, OCO-2 heeft een veel fijner gezichtsveld, of voetafdruk, dan enige voorgaande satelliet, waarbij elk beeld een gebied beslaat van ongeveer een vierkante mijl (minder dan drie vierkante kilometer).

OCO-3 zal aan dat voordeel iets toevoegen dat OCO-2 niet kan:als OCO-3 in een baan om de aarde draait, het zal zijn sensor snel draaien om naar geïnstrumenteerde torens op de grond onder het ruimtevaartuig te wijzen. Deze torens meten gelijktijdig SIF en fotosynthese, met vergelijkbare resolutie als OCO-3. Het op deze manier valideren van de gegevens levert kritische informatie op over de prestaties van OCO-3 en kan het wetenschappelijk inzicht in de onderliggende SIF-mechanica vergroten.

Gegevens gemiddeld over een groot gebied suggereren dat er een duidelijk verband bestaat tussen de zonne-energie die binnenkomt en de fotosynthese die plaatsvindt. Met de verfijnde gegevens van OCO-2, Parazoo zei, "We ontdekken dat de relatie tussen SIF, geabsorbeerde zonne-energie en fotosynthese is ingewikkelder dan we dachten. We proberen dat te begrijpen." Hij hoopt dat OCO-3 enig licht kan werpen op de oorzaken van deze complexiteit.

Steden zijn een ander gebied waar de SIF-meting van belang is. Ze zijn heter dan de omliggende natuurgebieden vanwege hun vele warmtebronnen en warmteabsorberende oppervlakken, zoals bestrating. Door te vergelijken hoe dezelfde plantensoort groeit en gedijt in zowel een stad als zijn natuurlijke omgeving, krijg je een soort sneak preview van hoe deze planten zullen reageren op een warmer klimaat.

OCO-2 verzamelt een enkele, smal stukje gegevens dat door een paar steden in elke baan snijdt, maar OCO-3 zal zich richten op en opnemen van SIF op bijna elke grote stad op de middelste breedtegraad en in tropische gebieden. De metingen kunnen nuttig zijn voor stadsplanners om verstandig met hun watervoorraden om te gaan, evenals voor biologen om de effecten van hittestress op planten te begrijpen.

Met zoveel veelbelovende studierichtingen die voortkomen uit SIF, OCO-3's plantlichtmetingen zullen de komende jaren nieuwe bevindingen ophelderen.