FLEX sprawdzi kondycję roślin z orbity

Rakieta Vega-C wystartowała 15 września z Gujany Francuskiej, wynosząc na orbitę dwa europejskie satelity. Jeden z nich, FLEX, ma wykrywać słabą poświatę emitowaną przez rośliny podczas fotosyntezy. Sygnał ten pokazuje aktywność roślinności, a nie tylko jej zieloną barwę. Kontrolerzy lotu w Darmstadt potwierdzili nawiązanie łączności z FLEX oraz satelitą Copernicus Sentinel-3C, gdy oba urządzenia bez zakłóceń oddzieliły się od rakiety. Start się udał, ale naukowa część misji dopiero się zaczyna.

Oba satelity trafiły na orbity synchroniczne ze Słońcem, około 815 km nad Ziemią. Samo osiągnięcie orbity nie oznacza jednak, że można już prowadzić wiarygodne pomiary. Instrument FLORIS na pokładzie FLEX trzeba skalibrować, sprawdzić metody usuwania wpływu atmosfery, a pierwsze odczyty fluorescencji porównać z pomiarami naziemnymi. Rozruch ma potrwać około trzech miesięcy. Później rozpocznie się misja naukowa zaplanowana na 3,5 roku.

Wskazówka, nie diagnoza

Gdy chlorofil pochłania światło słoneczne, większość energii napędza fotosyntezę albo rozprasza się w postaci ciepła. Niewielka część zostaje ponownie wyemitowana jako słaba czerwona poświata, nazywana fluorescencją indukowaną promieniowaniem słonecznym, w skrócie SIF. Zwykłe zdjęcia satelitarne pokazują, czy roślinność występuje i pozostaje zielona. Las dotknięty suszą może wyglądać z góry na zdrowy, choć tempo fotosyntezy już spada. Fluorescencja wiąże się z funkcjonowaniem tego mechanizmu, dlatego zmiany sygnału mogą być widoczne wcześniej niż więdnięcie lub brązowienie liści.

To różnica między sprawdzeniem, czy w fabryce pali się światło, a odczytaniem jednego ze wskaźników na hali produkcyjnej. Wskaźnik mówi coś o pracy zakładu, lecz nie zastępuje liczenia gotowych produktów. Podobne ograniczenie dotyczy roślin: pochłanianie dwutlenku węgla może osłabnąć bez proporcjonalnego spadku fluorescencji, jeżeli roślina szybko zamknie aparaty szparkowe, czyli mikroskopijne otwory regulujące wymianę gazową. Pokazał to jeden z kontrolowanych eksperymentów. Fluorescencja dostarcza więc ważnej wskazówki, ale sama nie przesądza o wydajności fotosyntezy.

Sygnał ten rejestrowały już inne satelity. Japoński GOSAT dostarczył jednych z pierwszych pomiarów w skali globalnej, a później obserwacje prowadziły amerykański OCO-2 i europejski TROPOMI. Żadnego z nich nie zbudowano jednak specjalnie do badania fluorescencji: zapewniają albo szczegółowe dane wzdłuż wąskich pasów terenu, albo rozległy obraz o małej rozdzielczości. FLEX ma obserwować oba główne zakresy widmowe fluorescencji w pasie szerokim na 150 km, z próbkowaniem terenu co 300 m, i powracać nad ten sam obszar co 27 dni. Taka rozdzielczość pozwala rozróżniać wiele krajobrazów rolniczych, choć chmury i niejednorodne pokrycie terenu będą ograniczać użyteczność pojedynczego przelotu.

Jak FLORIS wychwytuje słaby sygnał

Aby oddzielić nikłą poświatę od wielokrotnie silniejszego światła odbitego, FLORIS wykorzystuje właściwości widma słonecznego. Występują w nim wąskie ciemne pasma, odpowiadające długościom fal pochłanianym przez gazy w atmosferze Słońca lub Ziemi. Tło pochodzące od odbitego światła jest tam słabsze, dzięki czemu łatwiej wyodrębnić udział fluorescencji. FLORIS ma mierzyć widmo wokół tych pasm z bardzo wysoką rozdzielczością, a następnie oddzielać sygnał roślin od tła po uwzględnieniu wpływu atmosfery. Pierwszym sprawdzianem misji będzie osiągnięcie zakładanej dokładności już na orbicie.

Sam odczyt fluorescencji pozostawia pole do różnych interpretacji. Słaby sygnał może świadczyć o stresie upraw, ale także o rzadkiej roślinności, która pochłania niewiele światła. Dlatego FLEX ma lecieć w parze z satelitą Sentinel-3, podążając za nim po tej samej orbicie. Instrumenty Sentinel-3 mierzą światło odbite w wielu pasmach, co pozwala wnioskować o budowie korony roślin i właściwościach liści. Czujnik termiczny rejestruje natomiast temperaturę powierzchni: ta rośnie, gdy rośliny cierpiące z powodu suszy zamykają aparaty szparkowe i ograniczają chłodzenie przez parowanie. Połączenie tych danych powinno pomóc naukowcom dokładniej modelować ilość węgla wiązanego przez roślinność.

Początkowo FLEX będzie współpracować z Sentinel-3A, który znajduje się na orbicie od 2016 r.. Wyniesiony tą samą rakietą Sentinel-3C również przechodzi rozruch i dopiero później przejmie rolę jego partnera. Wspólny start pozwolił zaoszczędzić jedno miejsce w harmonogramie lotów, lecz nie stworzył od razu gotowego do pracy duetu obserwacyjnego.

Co dalej

Dotychczasowe badania naziemne i satelitarne dają podstawy do ostrożnego optymizmu. W lesie w Kolorado ciągłe pomiary fluorescencji odzwierciedlały sezonowe uruchamianie fotosyntezy, choć rosnące tam drzewa iglaste pozostawały zielone przez cały rok. Z kolei badanie z 2026 r. wykazało, że fluorescencja mierzona przez TROPOMI zaczęła słabnąć około dwóch lat przed widocznym obumarciem lasów zaatakowanych przez chrząszcze. Wyniki te potwierdzają, że sygnał zawiera informacje o stanie ekosystemu, ale uzyskano je za pomocą instrumentów o innej konstrukcji i skali przestrzennej niż FLEX.

W dniu startu nie istniała jeszcze żadna skalibrowana mapa fluorescencji wykonana przez FLEX. Misja ma uzupełnić wykorzystywane już mapy budowy roślinności o dane dotyczące jej rzeczywistego funkcjonowania. Najbliższe miesiące pokażą, czy FLORIS potrafi wiarygodnie wyodrębnić ten sygnał w rozdzielczości założonej przez konstruktorów.