人類剛剛獲得了有史以來木星大紅斑的最佳觀測圖，這場風暴大到足以吞噬整個地球，已經在氣態巨行星的大氣層中肆虐了數個世紀。
美國宇航局籃球場大小的太陽能朱諾號探測器本週早些時候拍攝的新影像，距離木星僅9000公里，揭示了大紅斑及其湍流周圍環境前所未有的細節，提出的問題和解答的問題一樣多。科學家們知道這個特徵通常是反氣旋的——逆時針旋轉。他們還知道它比木星的大部分上層大氣要高得多也冷得多；它可能更應該被稱為大冷斑，因為它遠遠高於周圍的雲層，隨著它的上升而膨脹和冷卻。像木星的大部分雲層一樣，它富含氨氣。他們仍然不知道的是這場風暴是如何持續如此之久的，或者它在木星中旋轉的深度有多深。近幾十年來，由於未知的原因，它慢慢變得比橢圓形更圓，這使得一些研究人員懷疑它正處於消散的邊緣。也沒有人完全瞭解它紅色起源的原因。
儘管幾個世紀以來一直透過小型地面望遠鏡對其進行研究，但該斑點只是在20世紀後半葉透過美國宇航局的先鋒號、旅行者號和伽利略號探測器的一系列漸進式近距離接觸，以及透過哈勃太空望遠鏡和其他天文臺的詳細遠端監測才獲得了第一批特寫鏡頭。隨著每一次額外的觀測，研究人員逐漸加深了對風暴和木星動態性質的理解，最新的觀測也不例外。
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英國天文協會木星分部主任、資深巨行星觀察員約翰·羅傑斯說：“本週大紅斑的影像是迄今為止最好的，超越了旅行者號的影像。” “儘管解析度和質量的提高是漸進的，而不是一個巨大的飛躍，但它已經跨越了一個門檻，揭示了大紅斑中以前從未見過的小型波浪和微小的投射陰影的雲。”
美國宇航局戈達德太空飛行中心的行星大氣專家艾米·西蒙說，新的觀測結果“將能夠與我們20年前從伽利略號探測器以及20年前的旅行者號上看到的景象進行很好的比較。” “我們當然可以說它在20年裡發生了很大的變化——它當然更圓了，但內部雲結構的剪下變化引起了我的注意；在以前完全被拉伸成長條紋的區域，漩渦和湍流更多。我們將必須分析這一點，以充分了解大紅斑是如何隨著時間推移而變化的。”
一些研究人員已經在推測斑點中微妙的陰影和顏色漸變，新影像表明這些陰影和顏色漸變在其高聳的中心附近最為強烈。這將有助於驗證最近的一種關於其著色的理論，該理論認為紅色是一種曬傷。由於紫外線轟擊漂浮到木星平流層高處的氨和微量碳氫化合物，斑點的色調將在它達到周圍雲層之上最高的位置時最為強烈。
加州大學伯克利分校的行星科學家邁克爾·王表示，這些新影像的主要啟示是，我們早期的大多數觀測是多麼的片面。王使用哈勃太空望遠鏡與朱諾號近距離接觸大紅斑同時監測木星。王說：“當你檢視朱諾號的影像時，結構最精細的區域是哈勃影像中看起來很平坦的區域。” “就像分形一樣，無論我們以什麼尺度觀察，我們都會看到解析度極限的細節。”
從廣義上講，雖然這些新景觀來自2011年發射並在一年多前進入木星極地軌道的朱諾號，但它們的真正來源是探測器最不起眼的儀器——一個名為JunoCam的相機，它在科學上被認為平平無奇，以至於只獲得了最基本的操作預算，並且正式納入僅用於“公共宣傳”。
這些有限的資源意味著JunoCam的科學家依靠一支由志願者“公民科學家”組成的小隊，他們使用後院望遠鏡來標記木星大氣中的瞬態特徵，作為該儀器觀測的“興趣點”。每個特徵都被賦予了一個奇特的名字，例如莫特蘭、熱點尾和卡爾·薩根的碎顎糖。由於朱諾號令人驚歎的極地軌道使其非常接近行星，由於縮短的視界，JunoCam拍攝的這些特徵的大多數影像都扭曲成沙漏形狀；顏色蒼白，雲的輪廓模糊。第二組業餘愛好者隨後從這些原始影像中提取出令人驚歎的細節，在朱諾號將它們傳送回家後。他們的最佳處理影像以穩定的速度流向JunoCam的網站，校正了失真，增強了色彩並銳化了對比度，這讓專業人士都為之著迷。
在原始影像轉儲之後，“大約每五分鐘我都會重新整理螢幕，每次我都會發現有更多這些美麗、非常有價值的產品，”美國宇航局JunoCam團隊的首席科學家坎迪斯·漢森說。“我們有一個很小的團隊，因為這是一個宣傳工具，所以公眾實際上是我們的團隊——我們非常依賴我們的業餘隊伍。”為了證明這一點，她調出了一個由JunoCam的兩位明星志願者逐步處理的斑點放大影像——首先是德國斯圖加特的數學家傑拉爾德·艾希施泰特，然後是倫敦的視覺藝術家肖恩·多蘭。
JunoCam原始影像的處理版本，以前所未有的細節顯示了大紅斑及其周圍環境。 圖片來源：美國宇航局，SwRI，MSSS，傑拉爾德·艾希施泰特，肖恩·多蘭
漢森說：“尤其是這兩個傢伙——傑拉爾德和肖恩——從朱諾號早期與木星的接觸中為我們提供了產品，這些產品顯示了從行星南部熱帶區域的雲層頂部彈出的所有這些只有25、50公里寬的‘小’風暴。” “這些風暴有點讓我想起颮線。現在，它們就在大紅斑的頂部！它看起來幾乎是泡沫狀的……這些是當你突然獲得足夠高的解析度時得到的細節。我無法告訴你這對大氣動力學意味著什麼，但我確信這很重要，而且我確信一旦我們把這個問題解決清楚，這將是一個真正的科學成果。”
美國宇航局噴氣推進實驗室的JunoCam共同研究員格倫·奧頓說：“我們真的在‘業餘’這個詞上加了引號。” “他們真的知道自己在做什麼——而且他們是免費工作的。”
艾希施泰特於2013年開始與JunoCam合作，當時他處理了該儀器在環繞地球以加速前往木星的過程中捕獲的一些地球影像。從那時起，他一直致力於開發一種專有的軟體“管道”來增強JunoCam的影像，這需要仔細校準以消除故障檢測器畫素的噪聲，並模擬諸如來自太陽的照明角度、行星對光的吸收以及航天器的軌跡等變數。他說，總的來說，這個例程需要幾個小時才能生成一張處理過的影像——讓他有足夠的時間和洞察力去思考大多數人可能無法注意到的更精細的細節。
他還注意到，在他的斑點處理過的影像中及其周圍散佈著少量單獨的明亮畫素。“這些都是我的修補演算法留下的，因此很可能不是相機偽影，而是來自木星強烈輻射環境的能量粒子撞擊，或者運氣好的話，是閃電。”旅行者1號在1979年飛掠時首次在木星雲層中看到罕見的散射光閃爍，伽利略號軌道飛行器在幾十年後也觀察到了閃電，木星的閃電被認為是該行星含水量的間接示蹤劑。旅行者號和伽利略號的觀測表明，每次雷鳴都出現在木星高氨雲下的大氣層深處，在溫度和壓力達到水的三相點的區域，以及蒸汽、雨和冰雹的旋轉漩渦會積聚巨大的電荷。然而，閃電以前從未在斑點中見過——艾希施泰特首先表示，他的初步評論只是初步推測，需要更詳細的後續研究。
這將稍後到來，透過朱諾號的進一步近距離觀測——不僅包括JunoCam，還包括其他八個可以測量行星溫度、磁場和引力場、來自其深處的微波輻射等的儀器。特別是引力和微波測量可能很快揭示斑點延伸到木星的距離——它是否像冰山一樣漂浮在大氣層頂部附近，還是深入到行星的內部。
該探測器將在未來幾年墜入木星大氣層，從而結束這項任務，其目的是避免汙染任何該行星具有天體生物學意義的冰冷衛星。任務規劃人員表示，由於行星周圍強烈的輻射，JunoCam本身可能會更早失效，最早可能在今年秋季。但它的遺產將永存——艾希施泰特、多蘭和其他密集影像處理者表示，他們最好的作品還在後頭。
漢森說：“兩年前，我不確定這是否會成功。” “我只會告訴人們，‘我們沒有後備成像團隊在待命，所以我們只是把影像發出去，看看是否有人接受！’很高興看到這實際上已經成功了，真的超出了我最瘋狂的夢想。”