FLEX prověří záři rostlin z oběžné dráhy

Z Francouzské Guyany odstartovala 15. září raketa Vega-C, která vynesla na oběžnou dráhu dvě evropské družice. Jedna z nich, FLEX, má zachytit slabou záři vznikající při fotosyntéze. Tento signál vypovídá o tom, jak aktivně vegetace funguje, nikoli pouze o tom, zda je zelená. Po hladkém oddělení družic od rakety potvrdilo řídicí středisko v Darmstadtu spojení se satelity FLEX i Copernicus Sentinel-3C. Teprve nyní však přichází na řadu samotný vědecký úkol mise.

Obě družice se dostaly na heliosynchronní dráhu ve výšce přibližně 815 km, odkud pravidelně přelétávají nad stejnými místy ve stejnou místní sluneční dobu. Samotné dosažení oběžné dráhy ale ještě žádná vědecká data nezaručuje. Přístroj FLORIS na palubě FLEX je třeba zkalibrovat, ověřit korekce vlivu atmosféry a první měření fluorescence porovnat s údaji ze země. Uvádění družice do provozu by mělo trvat přibližně tři měsíce, poté má následovat 3,5 roku vědeckých pozorování.

Vodítko, nikoli diagnóza

Když chlorofyl absorbuje sluneční světlo, většina získané energie pohání fotosyntézu nebo se rozptýlí v podobě tepla. Nepatrná část se však znovu vyzáří jako slabé červené světlo označované jako fluorescence vyvolaná slunečním zářením neboli SIF. Běžné družicové snímky ukazují, zda je vegetace přítomná a zelená. Les zasažený suchem tak může shora vypadat zdravě, přestože jeho fotosyntéza už zpomaluje. Fluorescence souvisí přímo s touto činností, takže změny signálu se mohou projevit dříve, než listy zvadnou nebo zhnědnou.

Rozdíl připomíná pohled na rozsvícená světla továrny oproti údaji z jednoho měřidla přímo ve výrobě. Měřidlo napoví, jak provoz funguje, ale neukáže počet hotových výrobků na konci linky. Podobně může klesnout množství uhlíku pohlcovaného rostlinami, aniž by tomu odpovídal stejně výrazný pokles fluorescence. Dochází k tomu například tehdy, když rostliny rychle uzavřou průduchy, jak ukázal jeden kontrolovaný experiment. Fluorescence je tedy užitečným ukazatelem, sama o sobě však neposkytuje úplný obraz.

Tento signál už zachytily i jiné družice. Japonský satelit GOSAT přinesl první globální měření, později přidaly data americký OCO-2 a evropský TROPOMI. Žádná z těchto misí však nevznikla přímo pro sledování fluorescence: poskytují buď podrobné údaje v úzkých pásech podél dráhy letu, nebo rozsáhlé pokrytí v hrubém rozlišení. FLEX má mapovat obě hlavní spektrální oblasti fluorescence v pásu širokém 150 km s prostorovým rozlišením 300 m a na stejné místo se vracet každých 27 dní. Takové rozlišení už umožní rozlišit řadu zemědělských oblastí, vypovídací hodnotu jednotlivých přeletů však budou omezovat mraky a plochy s různými typy krajinného pokryvu.

Jak FLORIS zachytí sotva patrný signál

K oddělení slabé záře rostlin od mnohem silnějšího odraženého slunečního světla využívá FLORIS spektrální vlastnosti záření. Ve slunečním spektru se nacházejí úzké tmavé mezery, tedy vlnové délky, které pohlcují plyny ve sluneční nebo zemské atmosféře. Odražené světlo je v těchto místech slabší, a malý příspěvek fluorescence se proto dá snáze vypočítat. FLORIS má měřit spektrum v okolí těchto mezer s velmi jemným rozlišením, po korekci atmosférických vlivů pak oddělit signál rostlin od pozadí. První důležitou zkouškou bude, zda přístroj na oběžné dráze dosáhne navržené přesnosti.

Samotné měření fluorescence lze vyložit několika způsoby. Slabý signál může ukazovat na plodiny trpící stresem, ale také na řídkou vegetaci, která pohlcuje málo světla. FLEX proto má létat v tandemu s družicí Sentinel-3 a následovat ji po stejné oběžné dráze. Přístroje na Sentinelu-3 měří odražené světlo v několika pásmech, z nichž lze odvodit strukturu porostu a vlastnosti listů. Termální senzor zároveň sleduje teplotu povrchu. Ta stoupá, když rostliny zasažené suchem uzavřou průduchy a přestanou se ochlazovat odpařováním vody. Spojení těchto údajů vědcům pomůže zpřesnit modely množství uhlíku, které vegetace skutečně váže.

Zpočátku bude FLEX spolupracovat se Sentinelem-3A, který je na oběžné dráze od roku 2016. Sentinel-3C, vynesený stejnou raketou jako FLEX, nyní čeká vlastní uvádění do provozu a tandemovou úlohu převezme později. Společný start ušetřil jednu příležitost k vynesení nákladu, funkční dvojici pozorovacích družic však sám o sobě nevytvořil.

Co bude následovat

Dosavadní pozemní i družicová měření poskytují povzbudivé výsledky. V jednom coloradském lese nepřetržité sledování fluorescence zachytilo sezónní aktivaci fotosyntézy, přestože tamní stálezelené stromy zůstávaly zelené po celý rok. Studie z roku 2026 zase zjistila, že fluorescence měřená družicí TROPOMI začala klesat přibližně dva roky předtím, než se viditelně projevilo odumírání lesů napadených kůrovcem. Signál tedy zřejmě nese skutečnou informaci o stavu ekosystémů, dosavadní výsledky však pocházejí z přístrojů s jinou konstrukcí a prostorovým rozlišením než FLEX.

V den startu ještě žádná kalibrovaná mapa fluorescence neexistovala. FLEX má ke strukturním mapám, které vědci používají už dnes, přidat údaj o skutečném fungování rostlin. Během uvádění do provozu se ukáže, zda FLORIS dokáže tento signál spolehlivě získávat v prostorovém rozlišení, které stanovili jeho konstruktéři.