Quando as plantas absorvem muita energia, eles não engordam - eles ficam mais leves. Eles absorvem mais luz solar do que o necessário para a fotossíntese, e eles se livram do excesso de energia solar, emitindo-a como um brilho muito fraco. A luz é muito fraca para percebermos em circunstâncias normais, mas pode ser medido com um espectrômetro. Chamada fluorescência induzida pelo sol (SIF), é o sinal mais preciso da fotossíntese que pode ser observado do espaço.

Isso é importante porque, conforme o clima da Terra muda, as estações de crescimento em todo o mundo também estão mudando em termos e duração. Essas mudanças podem afetar a produção mundial de alimentos e o ritmo do aquecimento do efeito estufa. Não é possível medir a fotossíntese globalmente a partir do nível do solo, e os experimentos de laboratório não podem replicar facilmente todos os fatores ambientais que afetam o crescimento das plantas, como disponibilidade de água, incêndios florestais e competição de outras plantas - fatores que também estão mudando com o clima.

O Orbiting Carbon Observatory 3 (OCO-3), programado para lançamento na Estação Espacial Internacional no final deste mês, vai se juntar a seu irmão mais velho, OCO-2, na medição de SIF junto com seu alvo principal de concentrações de dióxido de carbono ao redor do globo. Os dois satélites estarão em órbitas diferentes:OCO-2 circunda a Terra de pólo a pólo, enquanto OCO-3 será montado no exterior da estação espacial, que circunda entre 52 graus de latitude norte e 52 graus de latitude sul.

A vista da estação espacial permitirá ao OCO-3 coletar um conjunto de dados mais denso do que o OCO-2 nas partes da Terra onde a maior parte do carbono é emitida e armazenada. A órbita da estação espacial também trará o instrumento sobre qualquer local da Terra em um momento diferente em cada órbita, permitindo as primeiras observações do amanhecer ao anoitecer de como o SIF varia ao longo do dia.

Nicholas Parazoo do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, é o cientista líder do SIF para OCO-3, e ele está ansioso pelo conjunto de dados combinados para obter insights sobre regiões remotas que são relativamente pouco estudadas. "Os dois de alto carbono, regiões altamente incertas da Terra são o Ártico, onde há muito carbono no solo, e os trópicos, onde há muito carbono nas plantas, "Parazoo disse." Com OCO-2 e OCO-3 combinados, vamos observar essas regiões em detalhes sem precedentes. "

Parazoo e seus colegas usarão algoritmos desenvolvidos anteriormente para extrair o sinal SIF do conjunto completo de dados coletados pelo OCO-3. O instrumento consiste em três espectrômetros, cada um observando diferentes bandas de comprimentos de onda no espectro eletromagnético. Todo tipo de molécula de gás na atmosfera - oxigênio, dióxido de carbono e outros - absorve a luz do sol em um conjunto único de comprimentos de onda. Um espectrômetro observando os comprimentos de onda corretos verá esta absorção como uma série distinta de linhas escuras, como o código de barras espectral de um determinado gás.

Os três espectrômetros do OCO-3 são ajustados para duas bandas de comprimento de onda que cobrem diferentes partes do código de barras do dióxido de carbono e uma banda com um código de barras de oxigênio. Como acontece, o espectrômetro de oxigênio registra não apenas os comprimentos de onda absorvidos pelo oxigênio, mas também comprimentos de onda próximos onde SIF brilha particularmente forte. "Portanto, a medição SIF não foi projetada, mas um bônus extremamente feliz, "Parazoo disse.

Desde que a cientista da NASA Joanna Joiner e seus colegas produziram as primeiras medições SIF de espaçonave em 2010 - antes do lançamento do OCO-2 - os dados SIF foram gerados a partir de satélites europeus e japoneses anteriores. Contudo, OCO-2 tem um campo de visão em escala muito mais precisa, ou pegada, do que qualquer satélite anterior, com cada imagem cobrindo uma área de cerca de uma milha quadrada (menos de três quilômetros quadrados).

OCO-3 adicionará a essa vantagem algo que OCO-2 não pode fazer:como OCO-3 orbita, ele girará seu sensor rapidamente para apontar para torres instrumentadas no solo abaixo da espaçonave. Essas torres medem SIF e fotossíntese simultaneamente, com resolução semelhante ao OCO-3. A validação dos dados dessa forma fornece informações críticas sobre o desempenho do OCO-3 e pode aumentar a percepção científica sobre a mecânica SIF subjacente.

Os dados calculados em uma grande área sugerem que existe uma relação direta entre a entrada de energia solar e a ocorrência da fotossíntese. Com os dados de escala fina do OCO-2, Parazoo disse, "Estamos descobrindo que a relação entre SIF, a energia solar absorvida e a fotossíntese são mais complicadas do que pensávamos. Estamos tentando entender isso. "Ele espera que o OCO-3 seja capaz de lançar alguma luz sobre as causas dessa complexidade.

As cidades são outra área onde a medição SIF é de interesse. Eles são mais quentes do que as regiões naturais circundantes por causa de suas muitas fontes de calor e superfícies de absorção de calor, como pavimento. Comparar como as mesmas espécies de plantas crescem e se desenvolvem em uma cidade e em seus arredores naturais dá uma espécie de antevisão de como essas plantas responderão a um clima mais quente.

OCO-2 coleta um único, fatia estreita de dados cortando algumas cidades em cada órbita, mas OCO-3 terá como alvo e registrará SIF em quase todas as grandes latitudes médias e cidades tropicais. As medições podem ser úteis para planejadores urbanos no uso inteligente de seus recursos hídricos, bem como para biólogos na compreensão dos efeitos do estresse térmico nas plantas.

Com tantos caminhos promissores de estudo decorrentes do SIF, As medições de luz da planta do OCO-3 iluminarão novas descobertas nos próximos anos.