JWST będzie badał Wielką Czerwoną Plamę na Jowiszu

To zdjęcie Jowisza, wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, zostało wykonane gdy planeta znajdowała się stosunkowo blisko Ziemi – w odległości 668 milionów kilometrów. Źródło: NASA ESA oraz A. Simon (NASA Goddard)

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, najbardziej ambitne i złożone obserwatorium kosmiczne w historii, wykorzysta swoje niezrównane możliwości obserwacyjne w podczerwieni do badania Wielkiej Czerwonej Plamy na Jowiszu, dzięki czemu rzuci nowe światło na enigmatyczną burzę, dodając nowe informację do tych uzyskanych za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i innych obserwatoriów.

Charakterystyczny antycyklon Jowisza znajduje się na liście celów teleskopu Webba, wybranych przez obserwatorów, którym zagwarantowano czas obserwacyjny w podziękowaniu za udział w tworzeniu niewiarygodnie złożonego teleskopu. Jednym z celów naukowych teleskopu jest badanie planet, w tym także rozwiązywanie tajemnic skrywanych przez planety naszego własnego Układu Słonecznego.

Leigh Fletcher, planetolog z University of Leicester w Wielkiej Brytanii jest głównym badaczem projektu obserwacji Wielkiej Czerwonej Plamy na Jowiszu. Jego zespół stanowi element większej grupy, która będzie badała za pomocą Webba także kilka innych celów w naszym Układzie Słonecznym, a której przewodzi Heidi Hammel, wiceprezydent AURA (Association of Universities for Research in Astronomy).

“Zdolności Webba w zakresie podczerwieni będą wspaniałym uzupełnieniem obserwacji Wielkiej Czerwonej Plamy przez Hubble’a w zakresie widzialnym” tłumaczy Hammel.

Fletcher wraz ze swoim zespołem planuje wykorzystać instrument obserwujący w średniej podczerwieni (MIRI) do stworzenia map widmowych Wielkiej Czerwonej Plamy i przeanalizowania termicznej i chemicznej struktury jej chmur. Dzięki temu naukowcy będą mogli obserwować fale w podczerwieni, które mogą rzucić nowe światło na to co odpowiada za charakterystyczny kolor plamy, a który często przypisywany jest ultrafioletowemu promieniowaniu słonecznemu oddziałującemu ze związkami zawierającymi azot, siarkę i fosfor, wynoszonymi z głębszych warstw atmosfery przez silne prądy atmosferyczne wewnątrz cyklonu.

To zdjęcie Wielkiej Czerwonej Plamy w prawdziwych barwach zostało opracowane przez Björna Jónssona na podstawie danych zebranych przez sondę Juno. Źródło: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Björn Jónsson

Fletcher dodaje, że wykorzystanie MIRI do obserwacji w zakresie 5-7 mikrometrów może być szczególnie interesujące w przypadku Wielkiej Czerwonej Plamy, bowiem jak dotąd żadna inna misja nie była w stanie obserwować Jowisza w tym zakresie widma elektromagnetycznego, a obserwacje z Ziemi w tym zakresie są niemożliwe. Ten zakres promieniowania pozwoli badaczom dostrzec unikalne chemiczne produkty uboczne cyklonu, które pomogą w ustaleniu jego składu chemicznego.

“Będziemy poszukiwać sygnatur związków chemicznych występujących tylko w Wielkiej Czerwonej Plamie, które mogą tym samym być odpowiedzialne za jego czerwone chromofory” mówi Fletcher.  Chromofor to region cząsteczki związku chemicznego, w którym energia potrzebna do przeniesienia elektronu między orbitalami jest w zakresie światła widzialnego. “Jeżeli nie uda nam się dostrzec żadnych charakterystycznych związków czy aerozoli, to tajemnica tej czerwonej barwy może pozostać nierozwiązana”.

Obserwacje za pomocą Webba mogą także pomóc ustalić czy Wielka Czerwona Plama generuje ciepło i uwalnia je w górne warstwy atmosfery Jowisza – zjawisko, które mogłoby tłumaczyć wysokie temperatury występujące w tym regionie. Ostatnie sponsorowane przez NASA badania wykazały, że zderzające się ze sobą fale grawitacyjne i dźwiękowe, wytwarzane przez cyklon, mogą odpowiadać za obserwowane ciepło, a Webb może zebrać dane, które wspierają tę tezę.

“Jakiekolwiek fale powstałe wskutek intensywnej aktywności konwekcyjnej wewnątrz cyklonu, muszą przejść przez stratosferę zanim dotrą do jonosfery i termosfery. Zatem jeżeli one faktycznie istnieją i są odpowiedzialne za ogrzewanie górnych warstw atmosfery Jowisza, być może uda nam się znaleźć dowody na ich podróż w zebranych danych”.

Wielką Czerwoną Plamę badają całe pokolenia astronomów; burza jest monitorowana od 1830 roku, ale prawdopodobnie istnieje już ponad 350 lat. Powody długowieczności tego układu burzowego pozostają tajemnicą. Według Fletchera kluczem do zrozumienia procesu powstawania burz na Jowiszu jest obserwowanie pełnego cyklu życia – rośnięcia, kurczenia się i zanikania takiej plamy. Ludzkość nie obserwowała procesu powstawania Wielkiej Czerwonej Plamy, która na dodatek może nie zniknąć tak szybko (aczkolwiek aktualnie kurczy się, czego dowiodły obserwacje za pomocą Hubble’a oraz innych obserwatoriów), dlatego też naukowcy muszą polegać na obserwacjach “mniejszych i świeższych” burz na Jowiszu.

“Nasze badania pozwolą nam dostrzec pionową strukturę burzy, dzięki czemu uzyskamy ważne ograniczenia dla numerycznych symulacji meteorologii Jowisza” tłumaczy. “Jeżeli te symulacje pozwolą nam wyjaśnić to co Webb obserwuje w podczerwieni, to znajdziemy się o krok bliżej do zrozumienia dlaczego te gigantyczne burze żyją tak długo”.

Źródło: NASA Goddard Space Flight Center