درخشش سرخ عجیب زمین که در یک اسکن ماهواره‌ای تشخیص داده شده برای چه بود؟
زو پیرات
در ۲۰۰۹، یک ماهواره به دور زمین چرخید تا طول موج‌های بازتابیده شده از سطح زمین را اسکن و آنها را دسته بندی کند. محققان به دنبال امضای طیفی دی‌اکسیدکربن بودند که متوجه چیزی عجیب شدند: طول موجی پیش‌بینی نشده با منشاء ناشناس. آنها سعی کردند که با این طول موج به زمین نگاه کنند و دیدند که سیاره با رنگ قرمز با شدت‌های متفاوت پوشیده شده. این نمی‌توانست نور بازتابیده از خورشید باشد چون طول موجی بود که هرگز اتمسفر خارجی خورشید را ترک نکرده بود. و با مناطق پرجمعیت مطابقت نداشت که نشان می‌داد منبع انسانی نیز ندارد. در واقع، از مکان‌هایی با گیاهان زیاد سرچشمه گرفته بود: حوضه آمازون، جنگل‌های همیشه سبز شمالی و مناطق زراعی غرب-میانه آمریکا همگی درخشان بودند. خب، چه اتفاقی در حال وقوع بود؟
گیاهان و دیگر ارگانیسم‌ها با استفاده از نور، به روش فتوسنتز رشد می‌کنند. اما این فقط یکی از سه راهی است که نور وارد شده در ارگانیسم فتوسنتزکننده، مصرف می‌شود. و این کلید حل معماست.
برای درک بقیه، باید با فتوسنتز شروع کنیم. در طول این فرآیند، نور خورشید به ساختارهایی در سلول‌های گیاهی به نام کلروپلاست برخورد می‌کند که با رنگ‌دانه‌های کلروفیل پر شده‌اند. وقتی مولکول کلروفیل نور را جذب می‌کند، برخی از الکترون‌های آن برانگیخته می‌شوند. آنها مجموعه‌ای از واکنش‌ها را طی می‌کنند که انرژی نور را به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کند. این انرژی مورد نیاز برای تبدیل کربن‌دی‌اکسید و آب به گلوکز، قند ساده‌ی گیاهان برای رشد را تامین می‌کند. و البته این فرآیند یک نتیجه جانبی مهم نیز دارد. فتوسنتز— که همواره توسط گیاهان، جلبک‌ها و باکتری‌ها صورت می‌گیرد— تمام اکسیژن زمین را تولید می‌کند.
اما گیاهان معمولا، نوری بیشتر از چیزی که می‌توانند مصرف کنند را جذب می‌کنند. برای مثال، در طول زمستان، برگ‌های یخ‌زده درختان همیشه‌سبز نمی‌توانند با سرعت معمول خود فتوسنتز کنند، اما آنها هنوز در معرض تابش زیادی از نور خورشید هستند. اگر با آن برخورد نشود، نور اضافی می‌تواند به ساختارهای فتوسنتزی آنها آسیب برساند. دومین راهی که گیاهان از نور استفاده می‌کنند، تبدیل آن به گرما و خارج کردن آن از برگ‌هایشان است.
سومین راه تعامل گیاهان با نور ورودی، تابش آن به بیرون با طول موج متفاوت است که چیزی را تولید می‌کند که فلورسانس کلروفیل می‌نامیم. در طول فتوسنتز، الکترون‌های برانگیخته کلروفیل مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی را طی می‌کنند. اما وقتی برخی از الکترون‌های برانگیخته به حالت پایا بازمی‌گردند، انرژی را به صورت نور منتشر می‌کنند. بطور کلی، حدود ۱% نور جذب شده با طول موج‌هایی در انتهای طیف قرمز، بازتاب می‌شوند. این مقدار به میزانی کم است که نمی‌توانید آن را با چشم غیرمسلح ببینید. اما گیاهان سراسر جهان در حالی که فتوسنتز می‌کنند، درخشش فلورسانس هم دارند. و این همان چیزی است که باعث درخشش قرمز و مبهوت‌کننده زمین است که با ماهواره رصد می‌شود.
این یک کشف تصادفی اما یک پیشرفت بزرگ بود. ردیابی درخشش کلروفیل از فضا به ما اجازه می‌دهد که نفس کشیدن سیاره را در لحظه تماشا کنیم— و سلامت اکوسیستم‌های سراسر جهان را زیر نظر داشته باشیم. پیش‌تر، محققان از درجات سبز بودن برای تخمین سلامت زمین استفاده می‌کردند. زیرا معمولا رنگ گیاهان تغییر می‌کند یا وقتی که استرس دارند برگ‌هایشان می‌ریزد، سطوح سبز بیشتر، به طور معمول نشان‌دهنده گیاهان سالم‌تر است. اما این اندازه‌گیری می‌تواند نامعتبر باشد. در مقابل، فلورسانس کلروفیل معیاری برای اندازه‌گیری مستقیم فعالیت‌های فتوسنتزی است. این می‌تواند به ما در نتیجه‌گیری مقدار اکسیژن آزاد شده کمک کند و اینکه در یک سیستم، چه مقدار کربن در حال جذب است. کاهش در میزان فلورسانس کلروفیل ممکن است پیش از بروز علائم قابل مشاهده استرس گیاه رخ دهد که نیازمند اندازه‌گیری به موقع است.
دانشمندان تا به حال از فلورسانس کلروفیل برای نظارت بر شکوفه‌های مضر فیتوپلانکتون و پیگیری آثار خشکسالی در آمازون و دشت‌های بزرگ استفاده کرده‌اند. در ادامه، ما در حال بررسی فتوسنتز از فضا هستیم و سنجش اینکه چگونه دوستان ساکت‌مان را بهتر پشتیبانی کنیم، همان‌هایی که تا الان کارهای زیادی برای ما انجام داده‌اند.
