Lorsque les plantes consomment trop d'énergie, ils ne grossissent pas, ils s'éclaircissent. Ils absorbent plus de lumière solaire qu'il n'en faut pour alimenter la photosynthèse, et ils se débarrassent de l'excès d'énergie solaire en l'émettant sous la forme d'une très faible lueur. La lumière est bien trop faible pour que nous le remarquions dans des circonstances normales, mais il peut être mesuré avec un spectromètre. Appelée fluorescence induite par le soleil (SIF), c'est le signal de photosynthèse le plus précis qui puisse être observé depuis l'espace.

C'est important parce que, à mesure que le climat de la Terre change, les saisons de croissance dans le monde changent également en termes de calendrier et de durée. Ces changements peuvent affecter la production alimentaire mondiale et le rythme du réchauffement de l'effet de serre. Il n'est pas possible de mesurer la photosynthèse globalement depuis le sol, et les expériences de laboratoire ne peuvent pas facilement reproduire tous les facteurs environnementaux affectant la croissance des plantes, comme la disponibilité de l'eau, les feux de forêt et la concurrence d'autres plantes – des facteurs qui changent également avec le climat.

L'Observatoire Orbitant du Carbone 3 (OCO-3), devrait être lancé vers la Station spatiale internationale plus tard ce mois-ci, rejoindra son grand frère, OCO-2, dans la mesure du SIF avec son objectif principal de concentrations de dioxyde de carbone dans le monde. Les deux satellites seront sur des orbites différentes :OCO-2 fait le tour de la Terre de pôle en pôle, considérant que OCO-3 sera monté à l'extérieur de la station spatiale, qui tourne entre 52 degrés de latitude nord et 52 degrés de latitude sud.

La vue depuis la station spatiale permettra à OCO-3 de collecter un ensemble de données plus dense que OCO-2 sur les parties de la Terre où le plus de carbone est émis et stocké. L'orbite de la station spatiale amènera également l'instrument sur n'importe quel emplacement de la Terre à un moment différent sur chaque orbite, permettant les premières observations de l'aube au crépuscule de la façon dont le SIF varie au cours d'une journée.

Nicholas Parazoo du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, est le scientifique principal du SIF pour OCO-3, et il attend avec impatience l'ensemble de données combiné pour avoir un aperçu des régions éloignées qui sont relativement peu étudiées. "Les deux hautes teneurs en carbone, les régions très incertaines de la Terre sont l'Arctique, où il y a beaucoup de carbone dans le sol, et les tropiques, où il y a beaucoup de carbone dans les plantes, " Parazoo a déclaré. "Avec OCO-2 et OCO-3 combinés, nous allons observer ces régions avec des détails sans précédent."

Parazoo et ses collègues utiliseront des algorithmes développés précédemment pour extraire le signal SIF de l'ensemble des données collectées par OCO-3. L'instrument se compose de trois spectromètres, chacun observant différentes bandes de longueurs d'onde dans le spectre électromagnétique. Chaque type de molécule de gaz dans l'atmosphère - oxygène, le dioxyde de carbone et les autres - absorbe la lumière du soleil dans un ensemble unique de longueurs d'onde. Un spectromètre regardant les bonnes longueurs d'onde verra cette absorption comme une série distinctive de lignes sombres, comme le code à barres spectral d'un gaz particulier.

Les trois spectromètres d'OCO-3 sont réglés sur deux bandes de longueurs d'onde couvrant différentes parties du code-barres du dioxyde de carbone et une bande avec un code-barres sur l'oxygène. Comme ça arrive, le spectromètre à oxygène enregistre non seulement les longueurs d'onde absorbées par l'oxygène, mais aussi des longueurs d'onde proches où SIF brille particulièrement fort. "Donc, la mesure SIF n'était pas par conception mais un bonus extrêmement chanceux, " a déclaré Parazoo.

Depuis que la scientifique de la NASA Joanna Joiner et ses collègues ont produit les premières mesures spatiales SIF en 2010, avant le lancement d'OCO-2, les données SIF ont été générées à partir de satellites européens et japonais antérieurs. Cependant, OCO-2 a un champ de vision à échelle beaucoup plus fine, ou empreinte, que tout satellite précédent, chaque image couvrant une superficie d'environ un mile carré (moins de trois kilomètres carrés).

OCO-3 ajoutera à cet avantage quelque chose que OCO-2 ne peut pas faire :comme OCO-3 orbite, il fera tourner son capteur rapidement pour pointer vers des tours instrumentées au sol sous le vaisseau spatial. Ces tours mesurent simultanément le SIF et la photosynthèse, avec une résolution similaire à OCO-3. La validation des données de cette manière fournit des informations essentielles sur les performances de l'OCO-3 et peut améliorer la compréhension scientifique des mécanismes SIF sous-jacents.

Les données moyennées sur une vaste zone suggèrent qu'il existe une relation directe entre l'énergie solaire entrante et la photosynthèse en cours. Avec les données à échelle fine d'OCO-2, Parazoo a dit, "Nous constatons que la relation entre SIF, l'énergie solaire absorbée et la photosynthèse est plus compliquée qu'on ne le pensait. Nous essayons de comprendre cela. » Il espère qu'OCO-3 pourra faire la lumière sur les causes de cette complexité.

Les villes sont un autre domaine où la mesure SIF présente un intérêt. Ils sont plus chauds que les régions naturelles environnantes en raison de leurs nombreuses sources de chaleur et surfaces absorbant la chaleur, comme la chaussée. Comparer la façon dont les mêmes espèces de plantes poussent et prospèrent à la fois dans une ville et dans son environnement naturel donne un aperçu de la façon dont ces plantes réagiront à un climat plus chaud.

OCO-2 recueille un seul, tranche étroite de données coupant quelques villes sur chaque orbite, mais OCO-3 ciblera et enregistrera SIF dans presque toutes les grandes latitudes moyennes et villes tropicales. Les mesures peuvent s'avérer utiles aux urbanistes pour une utilisation judicieuse de leurs ressources en eau, ainsi qu'aux biologistes pour comprendre les effets du stress thermique sur les plantes.

Avec autant de pistes d'études prometteuses issues du SIF, Les mesures de la lumière des plantes d'OCO-3 éclaireront de nouvelles découvertes pour les années à venir.