Varje morgon, astronomen Steve Padilla tar en kort promenad från sitt hem till basen av ett torn som svävar 150 fot över marken. Inbäddat i San Gabriel-bergen, ungefär en timmes bilresa norrut från Los Angeles, Mount Wilson Observatory har länge varit ett hem för rymdvetenskap – det är också Padillas hem, en av förmånerna med hans arbete som Mount Wilsons solobservatör. Mount Wilson har flera solsystemvakter; teleskopet uppe på toppen av detta torn håller konstant koll på solen. Observatörer studerar solen noggrant, så att vi bättre kan förstå vår stjärnas liv och aktivitet.

Padilla går ombord i utomhushissen. Han klämmer fast sig i en säkerhetssele, som är fäst vid friluftshytten, samma som använts varje dag sedan teleskopet togs i drift 1912 (kablarna har sedan bytts ut).

"Det kan vara lite läskigt på blåsiga dagar, sa Padilla.

På toppen, Padilla justerar en uppsättning speglar som projicerar en bild av solen i ett observationsrum långt under. Tillbaka på marken, han använder en mängd pennor, varierar i grafitvikt, att skissa de mörka fläckarna som fläckar solens ansikte. Denna dagliga syssla är grunden för solfläcksnumret, vårt längsta rekord av solaktivitet. Människor har observerat solfläckar - mörka fläckar som uppstår från stark magnetisk aktivitet - i mer än 1, 000 år, och spårade dem i detalj sedan uppfinningen av teleskopet, för de senaste 400. Även med den moderna mängden rymdfarkoster som studerar solen, att ta sig tid att rita solfläckar är fortfarande det främsta sättet att räkna dem. Att kartlägga solfläckar är det mest grundläggande sättet att studera hur solaktiviteten stiger och minskar över tid, och det är grunden för hur vi spårar solcykeln.

solfläckar motsvarar solens naturliga 11-årscykel, där solen skiftar från relativt lugnt till stormigt. När den är som mest aktiv, kallas solmax, solen är fräknad av solfläckar och dess magnetiska poler omvända. (På jorden, det skulle vara som om nord- och sydpolen flip-floppade varje decennium.) Under solminimum, solfläckar är få och långt emellan. Ofta, solen är tom och utan särdrag som en äggula.

Att förstå solens beteende är en viktig del av livet i vårt solsystem. Solens kraftfulla utbrott kan störa satelliter och kommunikationssignaler som färdas runt jorden, eller en dag, Artemis-astronauter som utforskar avlägsna världar. NASA-forskare studerar solcykeln så att vi bättre kan förutsäga solaktiviteten. Från och med 2020, solen har börjat skaka av sig sömnen av minimum, som inträffade i december 2019. Solcykel 25 pågår, och forskare är angelägna om en ny chans att sätta sin förståelse av solcykeltecken på prov.

"Det viktigaste att komma ihåg med förutsägelser är, du kommer att ha fel, sa Dean Pesnell, en solcykelexpert vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Du kommer aldrig att bli perfekt. Det är vad du lär dig av det, som gör att du kan göra framsteg i dina förutsägelser."

Under dåsig sol-minimum, Padilla observerade fler fläckfria dagar. "Det finns inga fläckar att rita, så jag har bara ett papper som inte står på, ", sa han. Även frånvaron av solfläckar är en användbar observation:Att räkna ihop fläckfria dagar är en indikator på att solens humör skiftar mot ett minimum. (Istället för solfläckar, mörka koronala hål grumlar åtminstone solens poler.) Å andra sidan, i solmax, hundratals fläckar kan bildas samtidigt. Vissa ritningar kan ta flera timmar att färdigställa.

"Solen har sin egen takt som vi inte kan påskynda, sa Frédéric Clette, chef för World Data Center för solfläcksindex och långsiktiga solobservationer, eller SILSO, vid Royal Observatory of Belgium i Bryssel, som spårar solfläckar och pekar ut solcykelns toppar och dalar. "Ibland, vi har svårt att dämpa otåligheten hos människor som förväntar sig att veta över en natt om solen verkligen vaknar igen."

Runt världen, observatörer genomför dagliga solfläcksräkningar. De ritar solen vid samma tidpunkt varje dag, använda samma verktyg för konsekvens. Tillsammans, deras observationer utgör det internationella solfläcksnumret, en komplex uppgift som drivs av SILSO. Ett 80-tal stationer runt om i världen bidrar med sina data. Exakt hur många stationer som ingår i varje dags räkning beror på ett antal faktorer som vädret (moln och kraftiga vindar skymmer sikten mot solen), eller kanske en solobservatör har ett möte i sista minuten.

Trots det dagliga livets inblandning, dessa manuella undersökningar är fortfarande de mest tillförlitliga, långtidsregistrering av solfläckar vi har.

"Satelliter kan göra många saker bättre än att rita för hand, sade Olivier Lemaître, en Royal Observatory of Belgium solobservatör. "Men tänk på en satellit med en livslängd på 10 till 15 år - det är bara en solcykel. Du kan inte jämföra den med något annat utanför den livslängden."

Men långtidsstudier är ryggraden i solcykelvetenskapen. Med omfattande historiska dokument, forskare kan spåra bågen av decennier långa mönster i solens beteende. När det gäller att räkna solfläckar, det handlar inte så mycket om observationernas noggrannhet eller upplösning som om själva dataens konsistens. Även när deras stad stängdes av på grund av coronavirus-pandemin, en observatör från Royal Observatory-teamet tog sig varje dag till teleskoptornet, för att hålla skivan intakt.

Lemaître närmar sig varje solfläcksteckning metodiskt, skisserar en familj av solfläckar innan du skuggar i finare detaljer. Det känsliga pennarbetet motverkar de kraftfulla explosioner som solfläckar kan släppa lös.

solfläckar uppstår från kluster av intensiv magnetisk energi. Uppdriven av deras magnetiska kraft, de stiger genom kärnande solmaterial som ett riskorn i en kokande gryta. solfläckar verkar mörkare eftersom de är kallare än omgivningen; den magnetiska knuten i deras kärna hindrar energi från att stråla ut förbi solens yta. När tillräckligt med magnetisk energi byggs över solfläcken, ett kraftfullt utbrott kan spricka fritt – som en exploderande läskflaska – som spyr ut ljus och solenergi.

Om de råkar vara vända mot jorden, dessa solstormar kan störa satelliter, astronauter, och kommunikationssignaler som radio eller GPS. Jordens övre atmosfär kan expandera som svar, saktar ner satelliter i omloppsbana som grusvägar saktar ner bilar, eroderar satelliternas livslängd. Även om förändringar på solen vanligtvis inte är synliga för oss utan hjälp av vetenskapliga instrument, de påverkar rymden runt jorden och andra planeter.

Jagar solelminimum

Djupt inne i solen, elektrifierade gaser strömmar i strömmar som genererar solens magnetfält, som underblåser dess mäktiga utbrott. Under solminimum, solens magnetfält är avslappnat. I höjden av solcykeln, det är en trasslig röra av magnetfältslinjer. Förstå detta flöde, kallad dynamo, är nyckeln i ansträngningen att förutsäga vad solen kommer att göra härnäst.

Sedan 1989, Solar Cycle Prediction Panel – en internationell panel av experter sponsrad av NASA och NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration – har träffats varje decennium för att göra sin förutsägelse för nästa solcykel. Förutsägelsen inkluderar maximalt antal solfläckar och cykelns förväntade start och topp. Insatsen kräver att man bedömer många olika modeller och navigerar i många personligheter.

"Vi har alla våra favoritförutsägelser, eller de vi har mest förtroende för, sa Lisa Upton, en solfysiker vid Space Systems Research Corporation i Westminster, Colorado, och medordförande för prediktionspanelen. "Vår plikt är att komma till konsensus. Om vi ​​tar alla våra åsikter och modeller, var är den största överlappningen, och var kan vi komma överens om att solcykeln kommer att landa?"

Forskare jagar alltid solminimum, men de kan bara känna igen det i efterhand. Eftersom minimum definieras av det lägsta antalet solfläckar i en solcykel, forskare måste se siffrorna stadigt stiga innan de avgör när de var på botten.

För att komplicera saker, solcykler överlappar ofta varandra. När en cykel övergår till nästa, både gamla och nya solfläckar dyker upp på solen på en gång. solfläckar förekommer ofta i grupper, som är som magneter, var och en med ett positivt och negativt slut. När solens magnetfält sakta vänder, det gör också polariteten hos solfläcksgrupper. Där en cykels solfläckar driver över solen med sin positiva ände i ledningen, nästa cykels fläckar går negativ fot först. Dessutom, solfläckar i solens två halvklot har också motsatt orientering.

Varje solfläcks unika magnetiska signatur gör det möjligt att avgöra vilken cykel som producerade den – den gamla eller den nya. När solen rör sig från solminimum, förutom att räkna solfläckarna, forskare vill se till att alla fläckar som stiger upp till ytan faktiskt är nya.

"Jag bara varnar folk, för så exalterade som vi är inför den nya cykeln som kommer, vi måste vänta tills vi faktiskt når minimum, " sa Upton. "Det kan ta sex till åtta månader över minimum innan vi kan säga att minimum faktiskt har inträffat." inte förrän i september 2020 bekräftade forskarna att solen nådde solminimum i december 2019.

Osynliga indikatorer

Förutom solfläckar, andra indikatorer kan signalera när solen närmar sig sin låga nivå. Om solens magnetfält vore ett pussel, en del saknas fortfarande:magnetfältet vid polerna. Även om forskare inte kan mäta det polära magnetfältet lika exakt som andra delar av solen, uppskattningar ger ledtrådar. (Snart, ESA, Europeiska rymdorganisationen, och NASA:s Solar Orbiter kommer att skicka nya bilder av solens poler.) I tidigare cykler, Forskare har lagt märke till styrkan hos det polära magnetfältet under solminimum antyder intensiteten av nästa maximum. När polerna är svaga, nästa maximum är svagt, och vice versa.

De senaste cyklerna, styrkan hos magnetfältet vid solens poler har stadigt minskat; så har också solfläcksnumret. Nu, polerna är ungefär lika starka som de var vid samma punkt under den senaste cykeln, Cykel 24.

"Detta är det stora testet för våra modeller - om cykel 25 kommer att spela ungefär likadant som cykel 24, sa Pesnell.

En annan indikator på solcykelns framsteg kommer från utanför solsystemet. Kosmiska strålar är partikelfragment med hög energi, spillrorna från exploderade stjärnor i avlägsna galaxer. Under solmax, solens starka magnetfält omsluter vårt solsystem i en magnetisk kokong som är svår för kosmiska strålar att infiltrera. Under lågtrafikår, antalet kosmiska strålar i solsystemet stiger när fler och fler tar sig förbi den tysta solen. Genom att spåra kosmiska strålar både i rymden och på marken, forskare har ännu ett mått på solcykeln.

Medan minimum kanske saknar fyrverkerier av solmaximum, det är användbart för forskare. De gör sina prognoser, och vänta och se hur deras uppskattningar blir. Vissa anser att det är dags att återgå till grunderna.

"I minsta solenergi, du kan ställa svårare frågor än max, sa Pesnell.

Ett område av solstudier, kallas helioseismologi, innebär att forskare samlar in ljudvågor inifrån solen, som ett sätt att sondera den svårfångade dynamo. Under solminimum, de behöver inte oroa sig för ljudvågor som studsar mot solfläckarna och aktiva områden som är karakteristiska för solmaximum. När solfläckar försvinner från synen, forskare har en chans att finjustera sina modeller – utan allt soldrama.