FLEX preverí žiaru rastlín z obežnej dráhy

Z Francúzskej Guyany odštartovala 15. septembra raketa Vega-C, ktorá vyniesla na obežnú dráhu dva európske satelity. Jeden z nich, FLEX, má zachytiť slabú žiaru vznikajúcu pri fotosyntéze. Tento signál ukazuje, ako aktívne vegetácia funguje, nielen to, či je zelená. Po bezproblémovom oddelení satelitov od rakety riadiace stredisko v Darmstadte potvrdilo spojenie s FLEX aj so satelitom Copernicus Sentinel-3C. Samotné vedecké merania sa však ešte len začnú.

Oba satelity sa dostali na dráhy synchronizované so Slnkom vo výške približne 815 km nad Zemou. Dosiahnutie obežnej dráhy však ešte neznamená, že misia môže poskytovať použiteľné údaje. Prístroj FLORIS na palube FLEX treba skalibrovať, overiť korekcie vplyvu atmosféry a prvé merania fluorescencie porovnať s údajmi zo Zeme. Uvádzanie do prevádzky by malo trvať približne tri mesiace, po ktorých bude nasledovať 3,5-ročná vedecká misia.

Indícia, nie diagnóza

Keď chlorofyl absorbuje slnečné svetlo, väčšina energie poháňa fotosyntézu alebo sa rozptýli vo forme tepla. Malá časť sa opäť vyžiari ako slabé červené svetlo označované ako fluorescencia vyvolaná slnečným žiarením, skrátene SIF. Bežné satelitné snímky ukazujú prítomnosť a zelenú farbu vegetácie. Les postihnutý suchom tak môže zhora vyzerať úplne zdravo, hoci jeho fotosyntéza sa už spomaľuje. Fluorescencia súvisí s touto funkčnou aktivitou, preto sa zmeny signálu môžu prejaviť skôr, než listy zvädnú alebo zhnednú.

Rozdiel sa dá prirovnať k pohľadu na rozsvietenú továreň a k odčítaniu jedného ukazovateľa priamo vo výrobe. Ukazovateľ napovie, ako prevádzka funguje, ale nepovie, koľko hotových výrobkov zišlo z linky. Keď rastliny rýchlo zatvoria prieduchy, príjem uhlíka môže klesnúť bez úmernej zmeny fluorescencie, ako ukázal jeden kontrolovaný experiment. Fluorescencia je preto dôležitou indíciou, nie jednoznačným meradlom.

Tento signál už zachytili aj iné satelity. Japonský GOSAT priniesol prvé merania v globálnom rozsahu, neskôr pribudli údaje z amerického OCO-2 a európskeho TROPOMI. Ani jeden z nich však nebol skonštruovaný priamo na meranie fluorescencie. Poskytujú buď podrobné údaje v úzkych pásoch pozdĺž svojej dráhy, alebo rozsiahlejšie pokrytie s nízkym rozlíšením. FLEX má mapovať obe hlavné spektrálne oblasti fluorescencie v páse širokom 150 km s priestorovým rozlíšením 300 m a na rovnaké miesto sa vráti každých 27 dní. Takéto rozlíšenie umožní rozlíšiť mnohé poľnohospodárske oblasti, no výpovednú hodnotu jednotlivých preletov bude obmedzovať oblačnosť aj zmiešaný charakter zemského povrchu.

Ako FLORIS zachytí slabý signál

Na oddelenie slabej žiary rastlín od oveľa silnejšieho odrazeného slnečného svetla využíva FLORIS spektrálny postup. V slnečnom spektre sa nachádzajú úzke tmavé medzery, teda vlnové dĺžky, ktoré pohlcujú plyny v atmosfére Slnka alebo Zeme. Odrazené svetlo je v nich slabšie, takže malý príspevok fluorescencie sa dá ľahšie modelovať. FLORIS má merať spektrum okolo týchto medzier vo veľmi jemnom rozlíšení a po korekcii vplyvu atmosféry oddeliť signál rastlín od pozadia. Prvým dôležitým výsledkom misie bude zistenie, či prístroj na obežnej dráhe dosiahne plánovanú presnosť.

Samotné meranie fluorescencie sa dá vykladať rôzne. Slabý signál môže znamenať, že plodiny trpia stresom, ale aj to, že riedka vegetácia absorbuje málo svetla. FLEX má preto letieť v tandeme so satelitom Sentinel-3, za ktorým sa bude pohybovať po rovnakej dráhe. Prístroje na Sentinel-3 merajú odrazené svetlo vo viacerých spektrálnych pásmach, z čoho vedci dokážu odhadovať štruktúru porastu a vlastnosti listov. Termálny senzor sleduje teplotu povrchu, ktorá stúpa, keď rastliny vystavené suchu zatvoria prieduchy a prestanú sa ochladzovať odparovaním vody. Spojenie týchto meraní pomôže výskumníkom spresniť modely množstva uhlíka, ktoré vegetácia skutočne viaže.

FLEX bude spočiatku spolupracovať so Sentinel-3A, ktorý je na obežnej dráhe od roku 2016. Sentinel-3C, ktorý s ním letel na jednej rakete, prechádza vlastným uvádzaním do prevádzky a neskôr jeho úlohu v tandeme prevezme. Spoločný štart ušetril jeden termín vypustenia, nevytvoril však okamžite funkčnú pozorovaciu dvojicu.

Čo bude nasledovať

Doterajšie pozemné a satelitné štúdie priniesli povzbudivé výsledky. V coloradskom lese priebežné merania fluorescencie zachytili sezónne spustenie fotosyntézy, hoci tamojšie vždyzelené stromy zostávali zelené po celý rok. Štúdia z roku 2026 zistila, že fluorescencia meraná satelitom TROPOMI klesala približne dva roky predtým, ako lesy napadnuté lykožrútmi viditeľne odumreli. Výsledky naznačujú, že signál obsahuje využiteľné informácie o stave ekosystémov, pochádzajú však z prístrojov s inou konštrukciou a priestorovým rozlíšením než FLEX.

V deň štartu ešte neexistovala žiadna skalibrovaná mapa fluorescencie z FLEX. Satelit má k štrukturálnym mapám, ktoré už vedci používajú, pridať údaje o tom, ako rastliny skutočne fungujú. Počas uvádzania do prevádzky sa teraz musí ukázať, či FLORIS dokáže tento signál spoľahlivo zachytiť v priestorovom rozlíšení, ktoré určili jeho konštruktéri.