När växter tar i för mycket energi, de blir inte feta – de lättar upp. De absorberar mer solljus än vad de behöver för att driva fotosyntesen, och de gör sig av med överskottssolenergin genom att avge den som ett mycket svagt sken. Ljuset är alldeles för svagt för att vi ska kunna märka det under normala omständigheter, men det kan mätas med en spektrometer. Kallas solinducerad fluorescens (SIF), det är den mest exakta signalen för fotosyntes som kan observeras från rymden.

Det är viktigt eftersom när jordens klimat förändras, växtsäsonger över hela världen förändras också i både timing och längd. Dessa förändringar kan påverka världens livsmedelsproduktion och takten i växthusuppvärmningen. Det är inte möjligt att mäta fotosyntes globalt från marknivå, och labbexperiment kan inte enkelt replikera alla miljöfaktorer som påverkar växttillväxt, som vattentillgång, skogsbränder och konkurrens från andra växter – faktorer som också förändras med klimatet.

The Orbiting Carbon Observatory 3 (OCO-3), kommer att skjutas upp till den internationella rymdstationen senare denna månad, kommer att gå med sitt äldre syskon, OCO-2, vid mätning av SIF tillsammans med dess primära mål för koldioxidkoncentrationer runt om i världen. De två satelliterna kommer att vara i olika banor:OCO-2 cirklar jorden från pol till pol, OCO-3 kommer att monteras på utsidan av rymdstationen, som cirklar mellan 52 grader nord och 52 grader sydlig latitud.

Utsikten från rymdstationen kommer att göra det möjligt för OCO-3 att samla in en tätare datauppsättning än vad OCO-2 gör över de delar av jorden där mest kol släpps ut och lagras. Rymdstationens omloppsbana kommer också att föra instrumentet över en given plats på jorden vid en annan tidpunkt på varje omloppsbana, tillåter de första observationerna från gryning till skymning av hur SIF varierar under en dag.

Nicholas Parazoo från NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, är ledande SIF-forskare för OCO-3, och han ser fram emot den kombinerade datamängden för att få insikt i avlägsna regioner som är relativt lite studerade. "De två kolhaltiga, mycket osäkra områden på jorden är Arktis, där det finns mycket kol i marken, och tropikerna, där det finns mycket kol i växterna, ", sa Parazoo. "Med OCO-2 och OCO-3 kombinerade, vi kommer att observera dessa regioner i oöverträffad detalj."

Parazoo och hans kollegor kommer att använda tidigare utvecklade algoritmer för att extrahera SIF-signalen från hela uppsättningen data som samlats in av OCO-3. Instrumentet består av tre spektrometrar, var och en observerar olika band av våglängder i det elektromagnetiska spektrumet. Alla typer av gasmolekyler i atmosfären – syre, koldioxid och de andra – absorberar solljus i en unik uppsättning våglängder. En spektrometer som tittar på rätt våglängder kommer att se denna absorption som en distinkt serie av mörka linjer, som den spektrala streckkoden för en viss gas.

OCO-3:s tre spektrometrar är inställda på två våglängdsband som täcker olika delar av koldioxidens streckkod och ett band med en syrestreckkod. När det händer, syrespektrometern registrerar inte bara våglängder som absorberas av syre, men även närliggande våglängder där SIF lyser särskilt starkt. "Så SIF-mätningen var inte designad utan en extremt lycklig bonus, " sa Parazoo.

Sedan NASA-forskaren Joanna Joiner och kollegor gjorde de första rymdburna SIF-mätningarna 2010 – innan OCO-2 lanserades – har SIF-data genererats från tidigare europeiska och japanska satelliter. Dock, OCO-2 har ett mycket finare synfält, eller fotavtryck, än någon föregående satellit, med varje bild som täcker en yta på cirka en kvadratkilometer (mindre än tre kvadratkilometer).

OCO-3 kommer att lägga till den fördelen som OCO-2 inte kan göra:När OCO-3 kretsar runt, den kommer att vrida sin sensor snabbt för att peka på instrumenterade torn på marken under rymdfarkosten. Dessa torn mäter SIF och fotosyntes samtidigt, med liknande upplösning som OCO-3. Validering av data på detta sätt ger kritisk information om OCO-3:s prestanda och kan öka den vetenskapliga insikten om den underliggande SIF-mekaniken.

Data i genomsnitt över ett stort område tyder på att det finns ett enkelt samband mellan solenergi som kommer in och fotosyntes som äger rum. Med OCO-2:s finskaliga data, Parazoo sa, "Vi ser att relationen mellan SIF, absorberad solenergi och fotosyntes är mer komplicerad än vi trodde. Vi försöker förstå det." Han hoppas att OCO-3 kommer att kunna kasta lite ljus över orsakerna till denna komplexitet.

Städer är ett annat område där SIF-mätningen är av intresse. De är varmare än omgivande naturliga regioner på grund av deras många värmekällor och värmeabsorberande ytor, som trottoar. Att jämföra hur samma arter av växter växer och frodas i både en stad och dess naturliga omgivning ger en slags smygtitt på hur dessa växter kommer att reagera på ett varmare klimat.

OCO-2 samlar en singel, en smal bit av data som skär genom några städer på varje omloppsbana, men OCO-3 kommer att rikta in sig på och spela in SIF på nästan alla större medelbreddgrader och tropiska städer. Mätningarna kan visa sig vara till hjälp för stadsplanerare när de använder sina vattenresurser på ett klokt sätt, samt till biologer för att förstå effekterna av värmestress på växter.

Med så många lovande studievägar som härrör från SIF, OCO-3:s växtljusmätningar kommer att belysa nya fynd under många år framöver.