莉娜·特兰，美国宇航局戈达德太空飞行中心 比利时皇家天文台太阳黑子图片
用日常手绘图纸测量太阳黑子是我们研究太阳活动如何随时间升降的最基本方法，也是我们追踪太阳周期的基础
荣誉:比利时皇家天文台 每天早上，天文学家史蒂夫·帕迪拉从他的家到一座高出地面150英尺的塔的底部走一小段路
威尔逊山天文台隐藏在圣加布里埃尔山中，距离洛杉矶北部大约一个小时的车程，长期以来一直是空间科学的家园——它也是帕迪拉的家，这是他作为威尔逊山太阳观测者工作的额外津贴之一
威尔逊山有几个太阳系哨兵；位于这座塔顶部的望远镜一直在观察太阳
观察者密切研究太阳，因此我们可以更好地了解我们恒星的生命和活动
帕迪拉登上室外电梯
他把自己绑在一个固定在露天驾驶室上的安全带上，自1912年望远镜投入使用以来，这个安全带每天都在使用(从那以后，电缆被更换了)
帕迪拉说:“在刮风的日子里，这可能有点吓人。”
在顶部，帕迪拉调整了一组镜子，这些镜子将太阳的图像投射到下方远处的观测室
回到地面上，他用石墨重量不同的一组铅笔来描绘太阳表面的黑斑
这种日常琐事是太阳黑子数的基础，太阳活动的最长记录
人类观察太阳黑子——由强磁活动产生的暗斑——已经超过1000年了，并且自望远镜发明以来，在过去的400年里一直对其进行详细跟踪
即使现代的宇宙飞船研究太阳，花时间画太阳黑子仍然是计算它们的主要方式
测量太阳黑子是我们研究太阳活动如何随时间升降的最基本方法，也是我们追踪太阳周期的基础
太阳黑子与太阳自然的11年周期相对应，在这个周期中，太阳从相对平静转变为暴风雨
在最活跃的时候，也就是所谓的太阳最大值，太阳布满了黑子，其磁极是相反的
(在地球上，这就像是北极和南极每十年都会翻转一次
)在太阳活动最少的时候，太阳黑子很少
通常，太阳就像蛋黄一样空白、毫无特色
理解太阳的行为是我们太阳系生命的重要组成部分
太阳的强大爆发会干扰环绕地球运行的卫星和通信信号，或者有一天，阿尔特弥斯的宇航员会探索遥远的世界
美国宇航局的科学家研究太阳周期，这样我们就可以更好地预测太阳活动
截至2020年，太阳已经开始摆脱2019年12月发生的最低睡眠
第25个太阳周期正在进行中，科学家们渴望有另一个机会来测试他们对太阳周期信号的理解
马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的太阳周期专家迪恩·佩斯内尔说:“预测时要记住的最重要的事情是，你会错的。”
“你永远不会完美
正是你从中学到的东西，让你在预测中取得进步
" 在昏昏欲睡的太阳最低值期间，帕迪拉观察到更多的无尘天气
“没有地方可以画，所以我只有一张纸上什么都没有，”他说
即使没有太阳黑子，这也是一个有用的观察结果:记录下一尘不染的日子是太阳情绪正在向最低水平转变的一个指标
(暗日冕洞最少覆盖了太阳的两极，而不是黑子
)另一方面，在太阳活动最大时，一次可以形成数百个斑点
有些绘图可能需要几个小时才能完成
“太阳有自己的速度，我们不能加快，”比利时布鲁塞尔皇家天文台太阳黑子指数和长期太阳观测世界数据中心(SILSO)主任弗雷德里克·克莱特说，该中心跟踪太阳黑子并确定太阳周期的高低
“有时候，我们很难缓和那些期望一夜之间就能知道太阳是否真的会再次醒来的人的急躁情绪
" 在世界各地，观测者每天进行太阳黑子普查
他们每天在相同的时间画太阳，使用相同的工具来保持一致性
他们的观测结果共同组成了国际太阳黑子数，这是由太阳黑子相扑组织执行的一项复杂任务
世界上大约有80个站点贡献了他们的数据
每天的计数中包括多少个站取决于许多因素，比如天气(云和强风遮住了太阳的视线)，或者太阳观测者可能在最后一刻有约会
尽管受到日常生活的干扰，这些人工调查仍然是我们拥有的最可靠、最长期的太阳黑子记录
了解太阳的行为是太阳系生命的重要组成部分
科学家使用几个指标来跟踪太阳周期的进展
信用:美国宇航局戈达德太空飞行中心 比利时皇家天文台太阳观测员奥利维耶·勒迈特尔说:“卫星可以比手绘做更多的事情。”
“但考虑一颗寿命为10到15年的卫星——那只是一个太阳周期
你不能把它和寿命之外的任何东西相提并论
" 但是长期研究是太阳周期科学的支柱
有了大量的历史记录，科学家可以追踪太阳行为长达数十年的弧形模式
说到太阳黑子的计数，与其说是观测的准确性或分辨率，不如说是数据本身的一致性
尽管他们的城市因冠状病毒大流行而关闭，皇家天文台团队的一名观察员每天都前往望远镜塔，以保持记录完整
勒迈特尔有条不紊地绘制每一个黑子，勾勒出一个黑子家族，然后进行细节着色
精致的铅笔画掩盖了太阳黑子能够释放的强大爆炸
太阳黑子是由密集的磁能产生的
在磁力的支撑下，它们像沸腾锅里的一粒米一样通过搅动太阳能上升
太阳黑子看起来更暗，因为它们比周围环境更冷；它们核心的磁结阻止能量从太阳表面辐射出去
当足够的磁能积聚在太阳黑子上时，一次强有力的喷发可以自由爆发——就像一个爆炸的汽水瓶——喷出光和太阳物质
如果它们碰巧面对地球，这些太阳风暴会干扰卫星、宇航员和无线电或全球定位系统等通信信号
作为回应，地球高层大气可能会膨胀，使轨道上的卫星减速，就像砾石路使汽车减速一样，从而缩短卫星的寿命
虽然没有科学仪器的帮助，我们通常看不到太阳的变化，但它们会影响地球和其他行星周围的空间
追逐太阳最小值 在太阳的深处，带电气体在电流中流动，产生太阳磁场，为其强大的爆发提供燃料
在太阳活动最少的时候，太阳磁场是放松的
在太阳周期的高峰期，它是一团混乱的磁力线
理解这种被称为发电机的流动，是预测太阳下一步将做什么的关键
自1989年以来，太阳周期预测小组——由美国国家航空航天局和美国国家海洋和大气管理局赞助的国际专家小组——每十年举行一次会议，对下一个太阳周期进行预测
预测包括太阳黑子数的最大值和周期的预期开始和峰值
这项工作需要评估许多不同的模型和导航许多个性
科罗拉多州威斯敏斯特航天系统研究公司的太阳物理学家、预测小组共同主席丽莎·厄普顿说:“我们每个人都有自己最喜欢的预测，或者说我们最有信心的预测。”
“我们的责任是达成共识
如果我们把所有的观点和模型都考虑进去，重叠最多的地方是哪里，我们能同意太阳周期会在哪里着陆？" 科学家们总是在追逐太阳最小值，但他们只能事后才认识到这一点
由于最小值是由一个太阳周期中太阳黑子的最低数量来定义的，科学家们必须看到这些数字稳步上升，才能确定它们何时处于底部
更复杂的是，太阳周期经常重叠
当一个周期过渡到下一个周期时，太阳上新旧黑子同时出现
太阳黑子经常成群出现，就像磁铁一样，每一个都有正反两面
随着太阳磁场慢慢翻转，太阳黑子群的极性也随之翻转
当一个周期的太阳黑子以其正极端领先于太阳漂移时，下一个周期的黑子会先负足行走
除此之外，太阳两个半球的黑子也有相反的方向
美国宇航局太阳动力学观测站的图像显示，太阳在2019年10月接近太阳最小值，最后一个太阳最大值在2014年4月
在太阳活动最少的时候，黑暗的日冕覆盖着太阳，而在太阳活动最大的时候，明亮的活动区域覆盖着太阳，这表明太阳活动更多
荣誉:美国国家航空航天局的太阳动力学观测站/吴久镛 每个黑子独特的磁信号使得确定哪个周期产生它成为可能——旧的还是新的
当太阳从太阳最小值开始搅动时，除了计算太阳黑子，科学家们还想确保所有上升到地表的黑子都是新的
厄普顿说:“我只是提醒人们，因为尽管我们对新周期的到来感到兴奋，但我们必须等到我们真正达到最低水平。”
“在我们能够说最小值已经实际发生之前，它可能已经超过最小值6到8个月
“事实上，直到2020年9月，科学家们才确认太阳在2019年12月达到了太阳最小值
无形指标 除了太阳黑子之外，当太阳到达最低点时，其他指标也可以发出信号
如果说太阳的磁场是一个拼图，那么仍然缺少一块:两极的磁场
尽管科学家无法像测量太阳其他部分那样精确地测量极地磁场，但估计提供了线索
(不久，欧空局、欧洲航天局和美国航天局的太阳轨道飞行器将发送新的太阳两极图像
)在之前的周期中，科学家们已经注意到极磁场在太阳活动最小期的强度暗示了下一个最大值的强度
当极点较弱时，下一个最大值较弱，反之亦然
在过去的几个周期里，太阳两极的磁场强度稳步下降；太阳黑子数也是如此
现在，两极大致上和它们在最后一个周期，第24个周期的同一点一样强
“这是对我们车型的一个重大考验——第25周期是否会和第24周期大致相同，”佩斯内尔说
太阳周期进程的另一个指标来自太阳系之外
宇宙射线是高能粒子碎片，是来自遥远星系爆炸恒星的碎片
在太阳活动高峰期，太阳的强磁场将我们的太阳系包裹在一个磁场茧中，宇宙射线很难渗透进去
在非高峰期，随着越来越多的宇宙射线穿过安静的太阳，太阳系中的宇宙射线数量也在攀升
通过在太空和地面追踪宇宙射线，科学家们又有了另一种测量太阳周期的方法
虽然最小值可能缺少太阳最大值的烟火，但它对科学家很有用
他们做出预测，然后等着看他们的预测结果如何
有些人认为现在是回归基本的时候了
佩斯内尔说:“在太阳活动最小期，你可以问比最大期更难的问题。”
太阳研究的一个领域，叫做日震学，涉及科学家从太阳内部收集声波，作为探索难以捉摸的发电机的一种方式
在太阳活动最少的时候，他们不必担心声波从太阳黑子和太阳活动最大的活跃区域反射回来
当太阳黑子从视野中消失时，科学家们有机会微调他们的模型——没有所有的太阳戏剧
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