FLEX alustab orbiidil taimede fluorestsentsi mõõtmist

Prantsuse Guajaanast startis 15. septembril Vega-C rakett, mis viis orbiidile kaks Euroopa satelliiti. Üks neist, FLEX, mõõdab fotosünteesi käigus tekkivat nõrka helendust. Selle signaali järgi saab hinnata taimestiku talitlust, mitte üksnes seda, kas taimed on rohelised. Darmstadti juhtimiskeskus kinnitas ühenduse FLEX-i ja Copernicuse Sentinel-3C satelliidiga, kui mõlemad olid raketist edukalt eraldunud. Teadustöö seisab aga alles ees.

Mõlemad satelliidid jõudsid Päikesega sünkroniseeritud orbiidile umbes 815 km kõrgusel. Orbiidile jõudmine ei tähenda siiski veel kasutuskõlblikke mõõtmistulemusi. FLEX-i instrument FLORIS tuleb kalibreerida, atmosfäärimõjude parandused kinnitada ning esimesi fluorestsentsiandmeid võrrelda maapealsete mõõtmistega. Käikulaskmine kestab eeldatavasti umbes kolm kuud, millele järgneb 3,5-aastane teadusmissioon.

Vihje, mitte diagnoos

Kui klorofüll neelab päikesevalgust, kulub suurem osa energiast fotosünteesiks või hajub soojusena. Väike osa kiirgub uuesti välja nõrga punase helendusena, mida nimetatakse Päikese tekitatud fluorestsentsiks ehk SIF-iks. Tavapärased satelliidipildid näitavad taimestiku olemasolu ja rohelust. Põua käes kannatav mets võib paista ülalt täiesti terve ka siis, kui fotosüntees juba aeglustub. Fluorestsents seostub taime talitlusega, mistõttu võivad signaali muutused ilmneda enne lehtede närbumist või pruunistumist.

Erinevust võib võrrelda tehase välisvalgustuse vaatamise ja tootmishoones ühe näidiku lugemisega. Näidik annab tootmise kohta vihje, kuid ei näita valmistoodangu hulka. Kui taimed sulgevad kiiresti õhulõhed, võib süsiniku sidumine väheneda, ilma et fluorestsents muutuks samas ulatuses, nagu näitas üks kontrollitud katse. Seega annab fluorestsents väärtuslikku teavet, kuid ei võimalda üksinda kindlat järeldust teha.

Sama signaali on mõõtnud ka varasemad satelliidid. Jaapani GOSAT andis esimesi üleilmseid mõõtmistulemusi, hiljem lisandusid NASA OCO-2 ja Euroopa TROPOMI. Ükski neist polnud siiski ehitatud spetsiaalselt fluorestsentsi mõõtmiseks. Need pakuvad kas üksikasjalikke andmeid kitsalt maapinnaribalt või suuremat katvust väiksema ruumilise täpsusega. FLEX peab kaardistama mõlemat peamist fluorestsentsi spektriala 150 km laiusel ribal 300-meetrise maapinna lahutusega; sama piirkonna kohale naaseb satelliit 27 päeva järel. Sellise lahutusega saab eristada paljusid põllumajandusmaastikke, kuigi pilved ja eri pinnatüüpide segunemine piiravad ühe ülelennu põhjal tehtavaid järeldusi.

Kuidas FLORIS nõrga signaali eraldab

Tugevast peegeldunud päikesevalgusest väga nõrga helenduse eraldamiseks kasutatakse spektrit. Päikesevalguses leidub kitsaid tumedaid vahemikke ehk lainepikkusi, mille Päikese või Maa atmosfääri gaasid neelavad. Nendes vahemikes on peegeldunud valguse taust nõrgem ja fluorestsentsi väikest osa lihtsam mudeldada. FLORIS mõõdab nende vahemike ümbruse spektrit väga suure täpsusega, korrigeerib atmosfäärimõju ning eraldab taimede signaali taustast. Esimene oluline kontrollpunkt on see, kas instrument saavutab orbiidil kavandatud mõõtetäpsuse.

Fluorestsentsimõõtmist saab tõlgendada mitmeti. Nõrk signaal võib viidata põllukultuuride stressile, kuid ka hõredale taimestikule, mis neelab vähe valgust. FLEX lendab koos Sentinel-3 satelliidiga, järgnedes sellele samal orbiidil. Sentinel-3 instrumendid mõõdavad peegeldunud valgust mitmes spektriribas, mille põhjal saab hinnata taimkatte struktuuri ja lehtede omadusi. Termoandur jälgib pinnatemperatuuri, mis tõuseb, kui põuastressis taimed sulgevad õhulõhed ja aurumise jahutav mõju väheneb. Mõõtmiste ühendamine aitab täpsustada mudeleid selle kohta, kui palju süsinikku taimestik seob.

Esialgu töötab FLEX paaris Sentinel-3A-ga, mis on orbiidil alates 2016. aastast. FLEX-iga sama raketiga startinud Sentinel-3C läbib samuti käikulaskmise ning võtab hiljem paarilise rolli üle. Ühine start säästis ühe stardikoha, kuid toimivat vaatluspaari see kohe ei loonud.

Mis saab edasi

Varasemad maa- ja satelliidiuuringud annavad põhjust oodata kasutatavaid tulemusi. Colorado metsas järgisid pidevad fluorestsentsimõõtmised fotosünteesi hooajalist aktiveerumist, kuigi igihaljad puud püsisid aasta läbi rohelised. 2026. aasta uuringu järgi vähenes TROPOMI mõõdetud fluorestsents ligikaudu kaks aastat enne seda, kui üraskite kahjustatud mets silmanähtavalt suri. Need tulemused osutavad, et signaal sisaldab tegelikku ökoloogilist teavet, kuid need pärinevad FLEX-ist erineva ehituse ja ruumilise lahutusega instrumentidelt.

Stardipäeval polnud olemas veel ühtki FLEX-i kalibreeritud fluorestsentsikaarti. Satelliit peab lisama senistele taimestiku struktuurikaartidele andmed taimede talitluse kohta. Käikulaskmise käigus selgub, kas FLORIS suudab seda signaali kavandatud ruumilisel skaalal usaldusväärselt mõõta.