[論文レビュー] Are Uranus & Neptune responsible for Solar Grand Minima and Solar Cycle Modulation?

Geoff Sharp|arXiv (Cornell University)|May 28, 2010

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 8被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、太陽系における周期的角運動量（AM）摂動を通じて、天王星および海王星の重力的影響が太陽活動周期の変調およびグランドミニマを引き起こすと提案している。JPL DE405のエフェマリスデータを分析した結果、天王星・海王星合の周期に結びつく172年周期の摂動が、歴史的な太陽活動の低下と強く相関していることが判明し、太陽黒spot活動が低下する太陽黒spot周期24および25の予測がなされた。これはダルトン最小期に類似している。

ABSTRACT

Detailed solar Angular Momentum (AM) graphs produced from the Jet Propulsion Laboratory (JPL) DE405 ephemeris display cyclic perturbations that show a very strong correlation with prior solar activity slowdowns. These same AM perturbations also occur simultaneously with known solar path changes about the Solar System Barycentre (SSB). The AM perturbations can be measured and quantified allowing analysis of past solar cycle modulations along with the 11,500 year solar proxy records (14C & 10Be). The detailed AM information also displays a recurring wave of modulation that aligns very closely with the observed sunspot record since 1650. The AM perturbation and modulation is a direct product of the outer gas giants (Uranus & Neptune). This information gives the opportunity to predict future grand minima along with normal solar cycle strength with some confidence. A proposed mechanical link between solar activity and planetary influence via a discrepancy found in solar/planet AM along with current AM perturbations indicate solar cycle 24 & 25 will be heavily reduced in sunspot activity resembling a similar pattern to solar cycles 5 & 6 during the Dalton Minimum (1790-1830).

研究の動機と目的

• 天王星および海王星が、角運動量（AM）摂動を通じて太陽のグランドミニマおよび周期変調を引き起こしているかどうかを調査すること。
• JPL DE405エフェマリスデータを用いて、惑星のAM変動と歴史的太陽活動の低下との関係を定量化すること。
• 惑星の配置とAMのずれに基づいて、将来の太陽黒spot周期の強度を予測するモデルを構築すること。
• 惑星の重力的影響と太陽ダイナモの変調との間の力学的リンクを、スピン-軌道結合を通じて探求すること。

提案手法

• 太陽系の重心を基準とした慣性系で、太陽および惑星の角運動量（AM）をJPL DE405エフェマリスデータを用いて計算した。
• 惑星のAMをヘリオセントリック座標から重心慣性座標に変換し、太陽のAMと直接比較可能にした。
• 太陽のAMが惑星のAMからどれほどずれているかを測定することで、AM摂動（AMP）を特定した。特に、天王星・海王星合の時期に注目した。
• 惑星の配置と摂動の形状に基づき、タイプA（強い、負の土星角度）とタイプB（弱い、正の土星角度）のAMPイベントに分類した。
• AMPの発生タイミングと振幅を、歴史的黒spot記録および太陽代理記録（14C、10Be）と照合し、予測の妥当性を検証した。
• ウィルソンの検定およびレイマンの黒spot数カウントを用いて、太陽黒spot周期の強度を評価し、将来の活動レベルを予測した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 天王星および海王星は、太陽活動のグランドミニマと相関する周期的角運動量摂動を生成しているか？
• RQ2 天王星および海王星の周期的合（synodic period）に結びつく172年周期の太陽活動変調が一貫して存在するか？
• RQ3 太陽と惑星の軌道的AMの差異が、太陽ダイナモ活動の変動を説明できるか？
• RQ4 タイプAおよびタイプBのAMPイベントは、それぞれ異なる強度の太陽黒spot周期の弱体化に対応しているか？
• RQ5 AMPパターンを用いて、将来の太陽黒spot周期の強度およびグランドミニマを予測できるか？

主な発見

• 天王星・海王星合に起因する172年周期のAM摂動と、歴史的太陽活動低下（リトル・アイス・エイジおよびダルトン最小期）との間に強い相関が存在する。
• 高い正の土星角度を示すタイプAのAMPイベントは、スプロア最小期やリトル・アイス・エイジといった最も深刻な太陽グランドミニマと一致する。
• 現在の周期群における低振幅のAMPイベントのため、太陽黒spot周期24および25は弱く、レイマンの黒spot数カウントでは50未満の予測となる。
• 現在の172年周期群において第3のAMPイベントが観測されないため、周期26では太陽活動が多少回復すると予想される。
• 同じ慣性系に変換された太陽と惑星のAMの差異は、6桁までほぼ一定に保たれるため、スピン-軌道結合が太陽の自転を変調している可能性が示唆される。
• 将来の予測では、今後1000年間で深刻なグランドミニマは予想されないため、近い将来にわたり安定した太陽状態が続くと予想される。