Tous les matins, L'astronome Steve Padilla fait une courte promenade de sa maison à la base d'une tour qui s'élève à 150 pieds au-dessus du sol. Niché dans les montagnes de San Gabriel, à environ une heure de route au nord de Los Angeles, l'observatoire du mont Wilson a longtemps été un foyer pour la science spatiale - c'est aussi la maison de Padilla, l'un des avantages de son travail en tant qu'observateur du soleil du mont Wilson. Le mont Wilson a plusieurs sentinelles du système solaire; le télescope perché au sommet de cette tour surveille en permanence le soleil. Les observateurs étudient le soleil de près, afin que nous puissions mieux comprendre la vie et l'activité de notre étoile.

Padilla monte dans l'ascenseur extérieur. Il s'accroche à un harnais de sécurité, qui est attaché à la cabine en plein air, le même utilisé tous les jours depuis la mise en service du télescope en 1912 (les câbles ont depuis été remplacés).

"Cela peut être un peu effrayant les jours de vent, " dit Padilla.

Au sommet, Padilla ajuste un ensemble de miroirs qui projettent une image du soleil dans une salle d'observation bien en dessous. De retour au sol, il utilise une panoplie de crayons, variant en poids de graphite, pour esquisser les taches sombres marbrant le visage du soleil. Cette corvée quotidienne est le fondement du nombre de taches solaires, notre plus long record d'activité solaire. Les humains ont observé des taches solaires - des taches sombres qui résultent d'une forte activité magnétique - pendant plus de 1, 000 ans, et les a suivis en détail depuis l'invention du télescope, pour les 400 derniers. Même avec l'hôte moderne d'engins spatiaux étudiant le soleil, prendre le temps de dessiner les taches solaires reste la principale façon de les compter. L'étude des taches solaires est la manière la plus élémentaire d'étudier comment l'activité solaire augmente et diminue au fil du temps, et c'est la base de la façon dont nous suivons le cycle solaire.

les taches solaires correspondent au cycle naturel de 11 ans du soleil, dans lequel le soleil passe de relativement calme à orageux. À son plus actif, appelé maximum solaire, le soleil est tacheté de taches solaires et ses pôles magnétiques s'inversent. (Sur Terre, ce serait comme si les pôles Nord et Sud faisaient volte-face tous les dix ans.) Pendant le minimum solaire, les taches solaires sont rares. Souvent, le soleil est aussi blanc et sans traits qu'un jaune d'œuf.

Comprendre le comportement du soleil est une partie importante de la vie dans notre système solaire. Les puissantes explosions du soleil peuvent perturber les satellites et les signaux de communication voyageant autour de la Terre, ou un jour, Les astronautes d'Artémis explorant des mondes lointains. Les scientifiques de la NASA étudient le cycle solaire afin que nous puissions mieux prédire l'activité solaire. A partir de 2020, le soleil a commencé à secouer le sommeil du minimum, qui s'est produit en décembre 2019. Le cycle solaire 25 est en cours, et les scientifiques sont impatients d'avoir une autre chance de mettre leur compréhension des signes du cycle solaire à l'épreuve.

"La chose la plus importante à retenir avec les prédictions est, tu vas te tromper, " a déclaré le doyen Pesnell, un expert du cycle solaire au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Tu ne seras jamais parfait. C'est ce que tu apprends de ça, qui vous permet de progresser dans vos pronostics."

Pendant le minimum solaire somnolent, Padilla a observé des jours plus impeccables. "Il n'y a pas de spots pour dessiner, donc j'ai juste un papier sans rien dessus, " a-t-il dit. Même l'absence de taches solaires est une observation utile :le décompte des jours sans tache est un indicateur que l'humeur du soleil se déplace vers le minimum. (Au lieu des taches solaires, des trous coronaux sombres obscurcissent au minimum les pôles du soleil.) D'autre part, en maximum solaire, des centaines de taches peuvent se former à la fois. Certains dessins peuvent prendre plusieurs heures.

"Le soleil a son propre rythme que nous ne pouvons pas accélérer, " a déclaré Frédéric Clette, directeur du World Data Center pour l'indice des taches solaires et les observations solaires à long terme, ou SILSO, à l'Observatoire royal de Belgique à Bruxelles, qui suit les taches solaires et identifie les hauts et les bas du cycle solaire. "Parfois, nous avons du mal à tempérer l'impatience des gens qui s'attendent à savoir du jour au lendemain si le soleil se réveille vraiment."

Autour du monde, les observateurs effectuent des recensements quotidiens des taches solaires. Ils dessinent le soleil à la même heure chaque jour, en utilisant les mêmes outils pour la cohérence. Ensemble, leurs observations constituent le nombre international de taches solaires, une tâche complexe gérée par le SILSO. Quelque 80 stations à travers le monde apportent leurs données. Le nombre exact de stations incluses dans le décompte de chaque jour dépend d'un certain nombre de facteurs tels que la météo (les nuages ​​et les vents violents obscurcissent la vue du soleil), ou peut-être qu'un observateur solaire a un rendez-vous de dernière minute.

Malgré les interférences de la vie quotidienne, ces enquêtes manuelles restent les plus fiables, record à long terme des taches solaires que nous avons.

"Les satellites peuvent faire beaucoup de choses mieux qu'un dessin à la main, " a déclaré Olivier Lemaître, un observateur solaire de l'Observatoire royal de Belgique. "Mais considérez un satellite avec une durée de vie de 10 à 15 ans, ce n'est qu'un cycle solaire. Vous ne pouvez le comparer à rien d'autre en dehors de cette durée de vie."

Mais les études à long terme sont l'épine dorsale de la science du cycle solaire. Avec de nombreux documents historiques, les scientifiques peuvent tracer l'arc de modèles de plusieurs décennies dans le comportement du soleil. Quand il s'agit de compter les taches solaires, il ne s'agit pas tant de l'exactitude ou de la résolution des observations que de la cohérence des données elles-mêmes. Même si leur ville était fermée en raison de la pandémie de coronavirus, un observateur de l'équipe de l'Observatoire royal se dirigeait chaque jour vers la tour du télescope, pour garder le dossier intact.

Lemaître aborde méthodiquement chaque dessin de tache solaire, décrivant une famille de taches solaires avant d'ombrager des détails plus fins. Le délicat travail du crayon dément les puissantes explosions que les taches solaires peuvent déclencher.

les taches solaires proviennent d'amas d'énergie magnétique intense. Portés par leur force magnétique, ils s'élèvent à travers le barattage de la matière solaire comme un grain de riz dans une marmite bouillante. les taches solaires semblent plus sombres parce qu'elles sont plus fraîches que leur environnement; le nœud magnétique à leur noyau empêche l'énergie de rayonner au-delà de la surface du soleil. Lorsque suffisamment d'énergie magnétique s'accumule sur la tache solaire, une puissante éruption peut éclater, comme une bouteille de soda qui explose, crachant de la lumière et de la matière solaire.

S'ils font face à la Terre, ces tempêtes solaires peuvent perturber les satellites, astronautes, et les signaux de communication comme la radio ou le GPS. La haute atmosphère terrestre pourrait s'étendre en réponse, ralentir les satellites en orbite comme les routes de gravier ralentissent les voitures, éroder la durée de vie des satellites. Bien que les changements sur le soleil ne soient généralement pas visibles pour nous sans l'aide d'instruments scientifiques, ils ont un impact sur l'espace autour de la Terre et d'autres planètes.

Chasse au minimum solaire

Au plus profond du soleil, les gaz électrifiés circulent dans des courants qui génèrent le champ magnétique du soleil, qui alimente ses puissantes explosions. Pendant le minimum solaire, le champ magnétique du soleil est détendu. Au plus fort du cycle solaire, c'est un enchevêtrement de lignes de champ magnétique. Comprendre ce flux, appelé la dynamo, est la clé dans l'effort de prédire ce que le soleil fera ensuite.

Depuis 1989, le Solar Cycle Prediction Panel, un panel international d'experts parrainé par la NASA et la NOAA, la National Oceanic and Atmospheric Administration – se sont réunis chaque décennie pour faire leurs prévisions pour le prochain cycle solaire. La prédiction comprend le nombre de taches solaires au maximum et le début et le pic attendus du cycle. L'effort nécessite d'évaluer de nombreux modèles différents et de naviguer dans de nombreuses personnalités.

"Nous avons chacun nos prédictions préférées, ou ceux en qui nous avons le plus confiance, " a déclaré Lisa Upton, un physicien solaire à Space Systems Research Corporation à Westminster, Colorado, et coprésident du panel de prédiction. "Notre devoir est de parvenir à un consensus. Si nous prenons tous nos avis et modèles, où se trouve le plus de chevauchement, et où pouvons-nous convenir que le cycle solaire va atterrir ?"

Les scientifiques poursuivent toujours le minimum solaire, mais ils ne peuvent le reconnaître qu'avec le recul. Puisque le minimum est défini par le plus petit nombre de taches solaires dans un cycle solaire, les scientifiques doivent voir les chiffres augmenter régulièrement avant de déterminer quand ils étaient au plus bas.

Pour compliquer les choses, les cycles solaires se chevauchent souvent. Lorsqu'un cycle passe au suivant, les anciennes et les nouvelles taches solaires émergent sur le soleil à la fois. les taches solaires apparaissent souvent en groupe, qui sont comme des aimants, chacun avec une fin positive et négative. Alors que le champ magnétique du soleil bascule lentement, il en va de même de la polarité des groupes de taches solaires. Là où les taches solaires d'un cycle dérivent à travers le soleil avec leur extrémité positive en tête, les taches du cycle suivant marchent le pied négatif en premier. En plus de ça, les taches solaires dans les deux hémisphères du soleil ont également des orientations opposées.

La signature magnétique unique de chaque tache solaire permet de déterminer quel cycle l'a produite :l'ancien ou le nouveau. Quand le soleil s'agite du minimum solaire, en plus de compter les taches solaires, les scientifiques veulent s'assurer que toutes les taches qui remontent à la surface sont réellement nouvelles.

"Je mets simplement en garde les gens, car aussi excités que nous le sommes pour le nouveau cycle à venir, nous devons attendre jusqu'à ce que nous atteignions réellement le minimum, " a déclaré Upton. " Il peut s'écouler six à huit mois après le minimum avant que nous puissions dire que le minimum s'est réellement produit. " En effet, ce n'est qu'en septembre 2020 que les scientifiques ont confirmé que le soleil avait atteint le minimum solaire en décembre 2019.

Indicateurs invisibles

Outre les taches solaires, d'autres indicateurs peuvent signaler quand le soleil atteint son minimum. Si le champ magnétique du soleil était un puzzle, il manque encore une pièce :le champ magnétique aux pôles. Bien que les scientifiques ne puissent pas mesurer le champ magnétique polaire aussi précisément que d'autres parties du soleil, les estimations fournissent des indices. (Bientôt, ESA, l'Agence spatiale européenne, et Solar Orbiter de la NASA enverra de nouvelles images des pôles du soleil.) Dans les cycles précédents, les scientifiques ont remarqué que la force du champ magnétique polaire pendant le minimum solaire laisse présager l'intensité du prochain maximum. Quand les pôles sont faibles, le prochain maximum est faible, et vice versa.

Les derniers cycles, la force du champ magnétique aux pôles du soleil a régulièrement diminué; le nombre de taches solaires aussi. Maintenant, les pôles sont à peu près aussi forts qu'ils l'étaient au même point dans le dernier cycle, Cycle 24.

"C'est le grand test pour nos modèles - si le cycle 25 se déroulera à peu près de la même manière que le cycle 24, " a déclaré Pesnell.

Un autre indicateur de la progression du cycle solaire vient de l'extérieur du système solaire. Les rayons cosmiques sont des fragments de particules de haute énergie, les décombres d'étoiles explosées dans des galaxies lointaines. Pendant le maximum solaire, le puissant champ magnétique du soleil enveloppe notre système solaire dans un cocon magnétique difficilement infiltrable pour les rayons cosmiques. Les années creuses, le nombre de rayons cosmiques dans le système solaire augmente au fur et à mesure que de plus en plus de rayons dépassent le soleil tranquille. En traquant les rayons cosmiques à la fois dans l'espace et au sol, les scientifiques ont encore une autre mesure du cycle solaire.

Alors que le minimum peut manquer des feux d'artifice du maximum solaire, c'est utile pour les scientifiques. Ils font leurs prévisions, et attendez de voir comment leurs estimations se déroulent. Certains considèrent qu'il est temps de revenir à l'essentiel.

« Au minimum solaire, vous pouvez poser des questions plus difficiles qu'au maximum, " a déclaré Pesnell.

Un domaine d'étude solaire, appelé héliosismologie, implique des scientifiques qui collectent les ondes sonores de l'intérieur du soleil, comme un moyen de sonder la dynamo insaisissable. Pendant le minimum solaire, ils n'ont pas à s'inquiéter des ondes sonores qui rebondissent sur les taches solaires et les régions actives caractéristiques du maximum solaire. Lorsque les taches solaires disparaissent de la vue, les scientifiques ont une chance d'affiner leurs modèles, sans tout le drame solaire.