NASA:s rymdteleskop James Webb, det mest ambitiösa och komplexa rymdobservatoriet som någonsin byggts, kommer att använda sin oöverträffade infraröda kapacitet för att studera Jupiters stora röda fläck, kastar nytt ljus över den gåtfulla stormen och bygger på data som returnerats från NASA:s Hubble Space Telescope och andra observatorier.

Jupiters ikoniska storm finns på Webb-teleskopets lista över mål som valts ut av garanterade tidsobservatörer, forskare som hjälpte till att utveckla det otroligt komplexa teleskopet och bland de första som använde det för att observera universum. Ett av teleskopets vetenskapliga mål är att studera planeter, inklusive de mysterier som fortfarande innehas av planeterna i vårt eget solsystem från Mars och bortom.

Leigh Fletcher, en senior forskare i planetvetenskap vid University of Leicester i Storbritannien, är den ledande forskaren på Webb-teleskopets observationer av Jupiters storm. Hans team är en del av ett större försök att studera flera mål i vårt solsystem med Webb, spetsen av astronomen Heidi Hammel, vice ordförande för Association of Universities for Research in Astronomy (AURA). NASA valde Hammel som en tvärvetenskaplig vetenskapsman för Webb 2002.

"Webbs infraröda känslighet ger ett underbart komplement till Hubble studier av synliga våglängder av den stora röda fläcken, " förklarade Hammel. "Hubbles bilder har avslöjat slående förändringar i storleken på den stora röda fläcken under uppdragets flera decennier långa livstid."

Fletcher och hans team planerar att använda Webbs mellaninfraröda instrument (MIRI) för att skapa multispektrala kartor över den stora röda fläcken och analysera dess termiska, kemiska och molnstrukturer. Forskarna kommer att kunna observera infraröda våglängder som kan kasta ljus över vad som orsakar fläckens ikoniska färg, som ofta tillskrivs solens ultravioletta strålning som interagerar med kväve, svavel- och fosforhaltiga kemikalier som lyfts från Jupiters djupare atmosfär av kraftfulla atmosfäriska strömmar i stormen.

Fletcher förklarade att användningen av MIRI för att observera i intervallet 5 till 7 mikrometer kunde vara särskilt avslöjande för den stora röda fläcken, eftersom inget annat uppdrag har kunnat observera Jupiter i den delen av det elektromagnetiska spektrumet, och observationer i sådana våglängder är inte möjliga från jorden. Dessa våglängder av ljus kan tillåta forskarna att se unika kemiska biprodukter av stormen, som skulle ge insikt i dess sammansättning.

"Vi kommer att leta efter signaturer av alla kemiska föreningar som är unika för [den stora röda fläcken]...som kan vara ansvarig för de röda kromoforerna, " sa Fletcher. Kromoforer är de delar av molekyler som är ansvariga för deras färg. Fletcher tillade, "Om vi ​​inte ser någon oväntad kemi eller aerosolsignaturer... då kan mysteriet med den röda färgen förbli olöst."

Webbs observationer kan också hjälpa till att avgöra om den stora röda fläcken genererar värme och släpper ut den i Jupiters övre atmosfär, ett fenomen som skulle kunna förklara de höga temperaturerna i den regionen. Nyligen NASA-finansierad forskning visade att kolliderande gravitationsvågor och ljudvågor, produceras av stormen, kan generera den observerade värmen, och Fletcher sa att Webb kanske kan samla in data för att stödja detta.

"Alla vågor som produceras av den kraftiga konvektiva aktiviteten i stormen måste passera genom stratosfären innan de når jonosfären och termosfären, " förklarade han. "Så om de verkligen existerar och är ansvariga för att värma Jupiters övre lager, förhoppningsvis får vi se bevis för deras passage i våra data."

Generationer av astronomer har studerat den stora röda fläcken; stormen har övervakats sedan 1830, men den har möjligen funnits i mer än 350 år. Anledningen till stormens livslängd förblir till stor del ett mysterium, och Fletcher förklarade att nyckeln till att förstå bildandet av stormar på Jupiter är att bevittna deras hela livscykel - växande, krymper, och så småningom dör. Vi såg inte formen av den stora röda fläcken, och det kanske inte dör snart (även om det har krympt, som dokumenterats av bilder från NASA:s Hubble Space Telescope och andra observatorier), så forskare måste lita på att observera "mindre och fräschare" stormar på planeten för att se hur de börjar och utvecklas, något som Webb kan göra i framtiden, sa Fletcher.

"Dessa speciella observationer kommer att avslöja stormens vertikala struktur, vilket kommer att vara en viktig begränsning för numeriska simuleringar av Jovian [Jupiter] meteorologi, " förklarade han. "Om dessa simuleringar kan hjälpa till att förklara vad Webb observerar i det infraröda, då kommer vi ett steg närmare att förstå hur dessa gigantiska malströmmar lever så länge."