Quando le piante assorbono troppa energia, non ingrassano, si alleggeriscono. Assorbono più luce solare di quella necessaria per alimentare la fotosintesi, e si liberano dell'energia solare in eccesso emettendola come un bagliore molto debole. La luce è troppo debole per essere notata in circostanze normali, ma può essere misurato con uno spettrometro. Chiamata fluorescenza indotta dal sole (SIF), è il segnale di fotosintesi più accurato che si possa osservare dallo spazio.

Questo è importante perché, mentre i cambiamenti climatici della Terra, Anche le stagioni di crescita in tutto il mondo stanno cambiando sia nei tempi che nella lunghezza. Questi cambiamenti possono influenzare la produzione alimentare mondiale e il ritmo del riscaldamento delle serre. Non è possibile misurare la fotosintesi globalmente dal livello del suolo, e gli esperimenti di laboratorio non possono facilmente replicare tutti i fattori ambientali che influenzano la crescita delle piante, come la disponibilità di acqua, incendi e concorrenza di altre piante, fattori che stanno cambiando anche con il clima.

L'Osservatorio orbitante del carbonio 3 (OCO-3), pronto per il lancio verso la Stazione Spaziale Internazionale alla fine di questo mese, si unirà al fratello maggiore, OCO-2, nella misurazione del SIF insieme al suo obiettivo primario delle concentrazioni di anidride carbonica in tutto il mondo. I due satelliti avranno orbite diverse:OCO-2 circonda la Terra da un polo all'altro, considerando che OCO-3 sarà montato all'esterno della stazione spaziale, che circonda tra 52 gradi nord e 52 gradi sud di latitudine.

La vista dalla stazione spaziale consentirà a OCO-3 di raccogliere un set di dati più denso rispetto a OCO-2 sulle parti della Terra in cui viene emessa e immagazzinata la maggior parte del carbonio. L'orbita della stazione spaziale porterà anche lo strumento su una determinata posizione della Terra in un momento diverso su ciascuna orbita, permettendo le prime osservazioni dall'alba al tramonto di come il SIF varia nel corso di una giornata.

Nicholas Parazoo del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, è il capo scienziato SIF per OCO-3, e attende con impazienza il set di dati combinato per ottenere informazioni su regioni remote che sono relativamente poco studiate. "I due ad alto tenore di carbonio, regioni altamente incerte sulla Terra sono l'Artico, dove c'è molto carbonio nel terreno, e i tropici, dove c'è molto carbonio nelle piante, "Parazoo ha detto. "Con OCO-2 e OCO-3 combinati, osserveremo quelle regioni con dettagli senza precedenti".

Parazoo e i suoi colleghi utilizzeranno algoritmi precedentemente sviluppati per estrarre il segnale SIF dall'intero set di dati raccolti da OCO-3. Lo strumento è composto da tre spettrometri, ciascuno osservando diverse bande di lunghezze d'onda nello spettro elettromagnetico. Ogni tipo di molecola di gas nell'atmosfera:ossigeno, anidride carbonica e gli altri:assorbe la luce solare in un insieme unico di lunghezze d'onda. Uno spettrometro che osserva le giuste lunghezze d'onda vedrà questo assorbimento come una serie distintiva di linee scure, come il codice a barre spettrale di un particolare gas.

I tre spettrometri di OCO-3 sono sintonizzati su due bande di lunghezze d'onda che coprono parti diverse del codice a barre dell'anidride carbonica e una banda con un codice a barre dell'ossigeno. Come succede, lo spettrometro ad ossigeno registra non solo le lunghezze d'onda assorbite dall'ossigeno, ma anche lunghezze d'onda vicine in cui SIF brilla in modo particolarmente forte. "Quindi la misurazione SIF non è stata progettata ma un bonus estremamente fortunato, " ha detto Parazoo.

Da quando la scienziata della NASA Joanna Joiner e colleghi hanno prodotto le prime misurazioni SIF nello spazio nel 2010, prima del lancio di OCO-2, i dati SIF sono stati generati da precedenti satelliti europei e giapponesi. Però, OCO-2 ha un campo visivo su scala molto più fine, o impronta, di qualsiasi satellite precedente, con ogni immagine che copre un'area di circa un miglio quadrato (meno di tre chilometri quadrati).

OCO-3 aggiungerà a quel vantaggio qualcosa che OCO-2 non può fare:poiché OCO-3 orbita, girerà rapidamente il suo sensore per puntare alle torri strumentate a terra sotto il veicolo spaziale. Queste torri misurano contemporaneamente SIF e fotosintesi, con risoluzione simile a OCO-3. La convalida dei dati in questo modo fornisce informazioni critiche sulle prestazioni di OCO-3 e può aumentare le conoscenze scientifiche sui meccanismi SIF sottostanti.

I dati medi su una vasta area suggeriscono che esiste una relazione diretta tra l'energia solare in arrivo e la fotosintesi in atto. Con i dati su larga scala di OCO-2, Parazoo ha detto, "Stiamo scoprendo che il rapporto tra SIF, l'energia solare assorbita e la fotosintesi sono più complicate di quanto pensassimo. Stiamo cercando di capirlo." Spera che OCO-3 sarà in grado di far luce sulle cause di questa complessità.

Le città sono un'altra area in cui la misurazione SIF è di interesse. Sono più calde delle regioni naturali circostanti a causa delle loro numerose fonti di calore e delle superfici che assorbono il calore, come il marciapiede. Confrontare il modo in cui le stesse specie di piante crescono e prosperano sia in una città che nei suoi dintorni naturali offre una sorta di anteprima di come queste piante risponderanno a un clima più caldo.

OCO-2 raccoglie un singolo, fetta ristretta di dati che attraversano poche città su ogni orbita, ma OCO-3 punterà e registrerà SIF in quasi tutte le principali medie latitudini e città tropicali. Le misurazioni possono rivelarsi utili agli urbanisti nell'usare saggiamente le proprie risorse idriche, nonché ai biologi per comprendere gli effetti dello stress termico sulle piante.

Con così tante promettenti vie di studio derivanti da SIF, Le misurazioni della luce delle piante di OCO-3 illumineranno nuove scoperte per gli anni a venire.