FLEX orbitoje pradeda augalų švytėjimo bandymą

Rugsėjo 15 d. iš Prancūzijos Gvianos pakilusi raketa „Vega-C“ į orbitą iškėlė du Europos palydovus. Vienas jų, FLEX, skirtas fiksuoti silpną fotosintezės metu augalų skleidžiamą švytėjimą, rodantį ne vien tai, ar augalija žalia, bet ir kaip aktyviai ji funkcionuoja. Palydovams sėkmingai atsiskyrus nuo raketos, Darmštato antžeminio valdymo centras patvirtino užmezgęs ryšį ir su FLEX, ir su „Copernicus Sentinel-3C“. Tačiau svarbiausias etapas – mokslinių duomenų rinkimas – dar tik prasideda.

Abu palydovai pasiekė sinchronines Saulės orbitas maždaug 815 km aukštyje. Vis dėlto vien patekimas į orbitą dar negarantuoja tinkamų mokslinių duomenų. FLEX prietaisą FLORIS reikės sukalibruoti, patikrinti atmosferos poveikio korekcijas, o pirmuosius fluorescencijos matavimus palyginti su antžeminiais duomenimis. Palydovo parengimas darbui turėtų trukti apie tris mėnesius, po jų numatyta 3,5 metų mokslinė misija.

Požymis, bet ne diagnozė

Chlorofilui sugeriant Saulės šviesą, didžioji energijos dalis panaudojama fotosintezei arba išsklaidoma šilumos pavidalu. Labai maža jos dalis vėl išspinduliuojama kaip silpnas raudonas švytėjimas, vadinamas Saulės sukelta fluorescencija, arba SIF. Įprasti palydoviniai vaizdai parodo, kad tam tikroje vietoje auga žalia augalija, tačiau sausros paveiktas miškas iš viršaus gali atrodyti visiškai sveikas, nors jo fotosintezės procesai jau lėtėja. Su augalų funkciniu aktyvumu siejami fluorescencijos pokyčiai gali būti pastebimi dar prieš lapams nuvystant ar paruduojant.

Skirtumas panašus į gamyklos vertinimą pagal įjungtas šviesas ir vieno gamybos linijos matuoklio rodmenis. Matuoklis suteikia informacijos apie vykstančius procesus, tačiau neparodo, kiek galutinės produkcijos pagaminta. Augalams greitai užvėrus žioteles, jų sugeriamo anglies dioksido kiekis gali sumažėti be proporcingo fluorescencijos pokyčio – tai parodė vienas kontroliuojamas eksperimentas. Taigi fluorescencija suteikia svarbių duomenų, bet pati savaime neleidžia daryti galutinių išvadų.

Šį signalą jau fiksavo ir kiti palydovai. Japonijos GOSAT pateikė vienus pirmųjų pasaulinio masto matavimų, vėliau duomenis pradėjo rinkti NASA OCO-2 ir Europos TROPOMI. Tačiau nė vienas jų nebuvo specialiai sukurtas fluorescencijai matuoti: vieni pateikia detalius duomenis siaurose stebėjimo juostose, kiti apima didelius plotus, bet mažesne erdvine skiriamąja geba. FLEX suprojektuotas abiem pagrindinėms fluorescencijos spektro sritims kartografuoti 150 km pločio juostoje, duomenis renkant kas 300 m, o tą pačią vietą jis stebės kas 27 dienas. Tokia skiriamoji geba leidžia atskirti daugelį žemės ūkio teritorijų, nors debesuotumas ir viename plote susimaišę skirtingi žemės paviršiai ribos kiekvieno atskiro praskridimo duomenų vertę.

Kaip FLORIS aptinka silpną signalą

Norint išskirti menką augalų švytėjimą iš daug stipresnės atspindėtos Saulės šviesos, pasitelkiamos spektro savybės. Saulės šviesos spektre esama siaurų tamsių intervalų – bangų ilgių, kuriuos sugeria Saulės arba Žemės atmosferos dujos. Šiuose intervaluose atspindėtos šviesos fonas silpnesnis, todėl nedidelį fluorescencijos indėlį lengviau apskaičiuoti. FLORIS sukurtas itin didele skiriamąja geba matuoti spektrą aplink šiuos intervalus ir, įvertinus atmosferos poveikį, atskirti augalų signalą nuo foninės šviesos. Pirmasis svarbus misijos rodiklis bus tai, ar orbitoje pavyks pasiekti projektuojant numatytą matavimų tikslumą.

Vien fluorescencijos matavimas gali būti interpretuojamas skirtingai. Silpnas signalas gali reikšti tiek augalų patiriamą stresą, tiek retą augaliją, sugeriančią mažai šviesos. Todėl FLEX numatyta skraidinti kartu su vienu iš „Sentinel-3“ palydovų, judančiu ta pačia orbita kiek priekyje. „Sentinel-3“ prietaisai matuoja įvairaus bangų ilgio atspindėtą šviesą, pagal kurią mokslininkai gali spręsti apie augalijos dangos struktūrą ir lapų savybes. Jo šiluminis jutiklis stebi paviršiaus temperatūrą: sausros veikiamiems augalams užvėrus žioteles ir nustojus vėsintis garinant vandenį, ji kyla. Šių matavimų visuma leis tiksliau modeliuoti, kiek anglies augalija iš tiesų pasisavina.

Iš pradžių FLEX skris poroje su „Sentinel-3A“, orbitoje veikiančiu nuo 2016 m.. Ta pačia raketa iškeltas „Sentinel-3C“ taip pat bus rengiamas darbui ir vėliau turėtų perimti šį vaidmenį. Bendras skrydis leido sutaupyti vieną raketos paleidimą, tačiau iš karto nesukūrė veikiančios bendrų stebėjimų sistemos.

Tolesni žingsniai

Ankstesni antžeminiai ir palydoviniai tyrimai teikia pagrindo tikėtis naudingų rezultatų. Kolorado miške nuolat atliekami fluorescencijos matavimai atkartojo sezoninį fotosintezės suaktyvėjimą, nors visžaliai medžiai žaliavo ištisus metus. 2026 m. tyrimas parodė, kad TROPOMI fiksuojama fluorescencija pradėjo mažėti likus maždaug dvejiems metams iki tol, kol žievėgraužių pažeistų miškų žūtis tapo matoma. Tai rodo, kad signalas suteikia realios informacijos apie ekosistemų būklę, tačiau šie rezultatai gauti kitokios konstrukcijos ir kitokio erdvinio mastelio prietaisais nei FLEX.

Paleidimo dieną dar nebuvo nė vieno sukalibruoto FLEX fluorescencijos žemėlapio. Palydovas turėtų papildyti jau naudojamus augalijos struktūros žemėlapius duomenimis apie jos funkcinį aktyvumą. Per rengimo darbui etapą turės paaiškėti, ar FLORIS geba šį signalą patikimai išmatuoti projektuotojų numatyta erdvine skiriamąja geba.