La fluorescencia inducida por el Sol

La llamada fluorescencia inducida por el sol (Solar-Induced Fluorescence, SIF), es la señal más precisa de la fotosíntesis que se puede observar desde el espacio

Cuando las plantas consumen demasiada energía, no engordan, se aligeran. Absorben más luz solar de la que necesitan para potenciar la fotosíntesis, y eliminan el exceso de energía solar emitiéndola como un brillo muy tenue. La luz es demasiado tenue para que la notemos en circunstancias normales, pero se puede medir con un espectrómetro. La llamada fluorescencia inducida por el sol (Solar-Induced Fluorescence, SIF), es la señal más precisa de la fotosíntesis que se puede observar desde el espacio.

Eso es importante porque, a medida que cambia el clima de la Tierra, las estaciones de crecimiento en todo el mundo también están cambiando tanto en tiempo como en duración. Estos cambios pueden afectar la producción mundial de alimentos y el ritmo del calentamiento efecto invernadero.

No es posible medir la fotosíntesis a nivel mundial desde el nivel del suelo, y los experimentos de laboratorio no pueden replicar fácilmente todos los factores ambientales que afectan el crecimiento de las plantas, como la disponibilidad de agua, los incendios forestales y la competencia de otras plantas, factores que también están cambiando con el clima.

OCO-3 se montará en la Estación Espacial Internacional, donde medirá tanto el carbono atmosférico como la actividad de la planta desde la órbita. Durante la fotosíntesis, las plantas absorben dióxido de carbono de la atmósfera y emiten una pequeña cantidad de luz.

La medición de esta "fluorescencia inducida por el sol" ayudará a los científicos a comprender mejor el papel que tienen las plantas en la eliminación del dióxido de carbono de la atmósfera

El Orbiting Carbon Observatory 3 (OCO-3), que se lanzará a la Estación Espacial Internacional más adelante este mes, se unirá a su hermano mayor, OCO-2, en la medición de SIF junto con su objetivo principal de concentraciones de dióxido de carbono en todo el mundo.

Los dos satélites estarán en distintas órbitas: OCO-2 circula la Tierra de polo a polo, mientras que OCO-3 se montará en el exterior de la estación espacial, que gira entre 52 grados norte y 52 grados sur en latitud.

La vista desde la estación espacial permitirá a OCO-3 recopilar un conjunto de datos más denso que OCO-2 sobre las partes de la Tierra donde se emite y almacena la mayor cantidad de carbono. La órbita de la estación espacial también llevará el instrumento a cualquier ubicación de la Tierra en un momento diferente en cada órbita, permitiendo las primeras observaciones del amanecer al atardecer de cómo varía la FIS a lo largo del día.

Nicholas Parazoo, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, es el científico principal de SIF para OCO-3, y espera con interés el conjunto de datos combinados para obtener información sobre regiones remotas que están relativamente poco estudiadas.

"Las dos regiones con alto contenido de carbono e incertidumbre en la Tierra son el Ártico, donde hay una gran cantidad de carbono en el suelo, y los trópicos, donde hay una gran cantidad de carbono en las plantas", dijo Parazoo. "Con OCO-2 y OCO-3 combinados, observaremos esas regiones con un detalle sin precedentes".

Parazoo y sus colegas usarán algoritmos desarrollados previamente para extraer la señal SIF del conjunto completo de datos recopilados por OCO-3. El instrumento consta de tres espectrómetros, cada uno de los cuales observa diferentes bandas de longitudes de onda en el espectro electromagnético. Cada tipo de molécula de gas en la atmósfera (oxígeno, dióxido de carbono y otras) absorbe la luz solar en un conjunto único de longitudes de onda. Un espectrómetro que mira las longitudes de onda adecuadas verá esta absorción como una serie distintiva de líneas oscuras, como el código de barras espectral de un gas en particular.

Los tres espectrómetros de OCO-3 están sintonizados en dos bandas de longitud de onda que cubren diferentes partes del código de barras del dióxido de carbono y una banda con un código de barras de oxígeno. A medida que sucede, el espectrómetro de oxígeno no solo registra las longitudes de onda absorbidas por el oxígeno, sino también las longitudes de onda cercanas donde el SIF brilla de manera particularmente fuerte. "Así que la medición de SIF no fue por diseño sino una bonificación extremadamente afortunada", dijo Parazoo.

Desde que la científica Joanna Joiner de la NASA y sus colegas produjeron las primeras mediciones SIF de aeronaves espaciales en 2010, antes del lanzamiento de OCO-2, los datos SIF se generaron a partir de satélites europeos y japoneses anteriores. Sin embargo, OCO-2 tiene un campo de visión o huella mucho más fino que cualquier satélite anterior, con cada imagen cubriendo un área de aproximadamente una milla cuadrada (menos de tres kilómetros cuadrados).

OCO-3 agregará a esa ventaja algo que OCO-2 no puede hacer: a medida que OCO-3 orbita, girará su sensor rápidamente para apuntar a torres instrumentadas en el suelo debajo de la nave espacial. Estas torres miden SIF y la fotosíntesis al mismo tiempo, con una resolución similar a la de OCO-3. La validación de los datos de esta manera proporciona información crítica sobre el desempeño de OCO-3 y puede aumentar la información científica sobre la mecánica SIF subyacente.

Los datos promediados en una gran área sugieren que existe una relación directa entre la energía solar que entra y la fotosíntesis.

NASA JPL