Ученые NASA расширили сферу применения спутников, теперь их можно использовать и для изучения процессов происходящих в растениях на клеточном уровне.
Рост растений возможен исключительно благодаря фотосинтезу – процессу, в рамках которого солнечный свет преобразовывается в энергию. Во время фотосинтеза растения выделяют то, что в науке известно под термином флуоресценция – цвет, невидимый для невооружённого глаза, но фиксируемый орбитальными спутниками, удалёнными от поверхности Земли на сотни километров. Ученые NASA уже разработали метод, преобразующий спутниковые данные в глобальные карты этого чрезвычайно «деликатного» явления.
Здоровые растения потребляют энергию солнечного излучения, дабы осуществлять процесс фотосинтеза, после чего излучают часть потреблённого света в виде слабого неуловимого глазом свечения. Таким образом, активные процессы излучения флуоресценции свидетельствуют об активных процессах фотосинтеза и хорошем росте растения, и наоборот, низкая или нулевая флуоресценция может означать замедление роста растения либо же его гибель. Таким образом, карты явлений флуоресценции дают учёным адекватный взгляд на здоровье растений планеты.
Первые карты, разработанные Joanna Joiner и её коллегами из NASA’s Goddard Space Flight Center на основе спутниковых данных 2011 года, имеют 16-кратное увеличение пространственного разрешения и трёхкратное – временного разрешения. Исследование глобальных изменений могло бы иметь важное значение для фермеров, заинтересованных проявлениями первых признаков неурожая, и экологов, стремящихся лучше понять тенденции глобальной растительности и циклов углеродных процессов.
По словам Joanna Joiner, впервые учёные имеют возможность всего за месяц изучить и глобально отобразить изменения, произошедшие во флуоресценции мировой растительности. Также Joiner отметила, что подобные данные дают уйму возможностей, например, позволяют учёным также наблюдать за продолжительностью сельскохозяйственных сезонов.
Динамика растительности, в том числе смещение активности роста растений на север во время весеннего сезона на Северном полушарии, уже косвенно отслеживалась, посредством спутников, измеряющих «зелёный» свет, отражённый от поверхности Земли. Измерения флуоресценции являются дополнением к таким данным, обеспечивая учёных своевременной и достоверной информацией о состоянии и продуктивности растений.
Картографирование флуоресценции стало возможным благодаря разработке нового способа идентификации очень слабого сигнала этого физического явления при помощи прибора Global Ozone Monitoring Instrument 2 (GOME-2) установленного на европейском метеорологическом спутнике Metop-A. Изначально сбор данных затруднялся тем, что флуоресценция смешивалась с солнечным светом, отражаемым от поверхности Земли и облаков, а также тем, что значительная часть такого излучения поглощалась газами в атмосфере.
Дабы идентифицировать флуоресценцию, Joanna Joiner со своей командой воспользовалась тем фактом, что у каждого светового сигнала есть своя уникальная спектральная особенность, благодаря которой флуоресценцию можно выделись из всего потока отражённого солнечного света.
Несмотря на все сложности нового метода, он позволяет делать более частые измерения. Если предыдущие наблюдения, которые осуществлялись с помощью японского спутника Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT), позволяли получать обобщённые данные о флуоресценции на 200 км 2 каждый месяц, то с GOME-2 учёные имеют возможность отслеживать этот физический процесс на 50 км 2 каждые 10 дней.
Как отметила Joanna Joiner, новые метод является более ценным, поскольку учёные имеют возможность сконцентрироваться на районах с самыми высокими показателями флуоресценции, и отслеживать процессы поглощения растениями углекислого газа. Также исследователь добавила, что по данным её команды, сельскохозяйственные угодья на Среднем Западе США являются одними из самых плодородных земель на планете.
Исследования флуоресценции являются начальным этапом для будущих измерений. Они весьма ценны для последующих миссий и программ, в частности для European Space Agency’s Fluorescence Explorer mission, стартующей в 2015 году, в рамках которой NASA будет проводить измерения углекислого газа в атмосфере Земли.
