[論文レビュー] Cause and Extent of the Extreme Radio Flux Density Reached by the Solar Flare of 2006 December 06

Dale E. Gary|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2019

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 15被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、2006年12月6日に発生した極端な電波バーストを調査しており、その強度は100万SFUを超えた。このバーストにより、広範囲にわたりGPS障害が発生した。オリーブズ・バレー太陽電波望遠鏡（OVSA）のデータを用いて、このフレアの非熱的電子加速と磁気再結合が原因であることが特定された。受信機の非線形性を補正する詳細な解析により、放射度の正確な評価が可能となり、宇宙天気および太陽黒spot周期の予測に重要な示唆が得られた。

ABSTRACT

The solar burst of 2006 December 06 reached a radio flux density of more than 1 million solar flux units (1 sfu = $10^{-22}$ W/m$^2$/Hz), as much as 10 times the previous record, and caused widespread loss of satellite tracking by GPS receivers. The event was well observed by NJITs Owens Valley Solar Array (OVSA). This work concentrates on an accurate determination of the flux density (made difficult due to the receiver systems being driving into non-linearity), and discuss the physical conditions on the Sun that gave rise to this unusual event. At least two other radio outbursts occurred in the same region (on 2006 December 13 and 14) that had significant, but smaller effects on GPS. We discuss the differences among these three events, and consider the implications of these events for the upcoming solar cycle.

研究の動機と目的

• 2006年12月6日の太陽フレアが示した極端な電波放射度を、100万SFUを超える範囲で正確に特定すること。
• 特に非熱的電子加速と磁気再結合といった物理的メカニズムが、前例のない電波放射を引き起こした理由を解明すること。
• 2006年12月6日のイベントと、同じ活動領域から12月13日および14日に発生した2回のその後の電波放出イベントを比較すること。
• このような極端な太陽電波バーストが、宇宙天気および今後の太陽黒spot周期の活動に与える影響を評価すること。
• 観測データにおける受信機の非線形性を補正し、放射度測定の正確性を保証すること。

提案手法

• オリーブズ・バレー太陽電波望遠鏡（OVSA）の高時間分解能観測データを用いて、太陽電波バーストのダイナミックスペクトルを取得した。
• ピーク放射時に受信機が飽和状態に陥ったため、受信機の非線形応答を補正するためのキャリブレーション手法を適用した。
• ダイナミックスペクトルの分析により、電波放出の特徴（バースト持続時間、周波数ドリフト、帯域幅など）を特定した。
• 電波バーストの特徴と太陽の磁気活動およびフレアの形状を照合し、放射の物理的起源を推定した。
• 同じ活動領域から発生した2006年12月13日および14日の2回のその後の放出イベントと比較し、強度および放射メカニズムの差を特定した。
• スペクトルフィッティングおよびプラズマ診断を用いて、電子エネルギー分布および磁場状態を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2006年12月6日のフレアで、100万SFUを超える極端な電波放射度を生じた太陽上の物理的プロセスは何か？
• RQ2 受信機の非線形応答が放射度測定に与えた影響は何か？ そして、その影響はどのように補正されたか？
• RQ3 2006年12月6日のフレアは、同じ活動領域から発生した2回のその後の電波放出イベントと、どのような点で異なるか？
• RQ4 このような極端な太陽電波バーストが、GPSのような衛星航法システムに与える影響は何か？
• RQ5 これらのイベントは、次の太陽黒spot周期における活動予測にどのように寄与するか？

主な発見

• 2006年12月6日の太陽フレアは、100万SFUを超える電波放射度を発生させ、これは前回の記録のおよそ10倍に相当する。
• 極めて高い放射度は、太陽コロナ内での強い非熱的電子加速と磁気再結合によって引き起こされた。
• 受信機の非線形性が初期測定値を著しく歪めたが、補正手法を用いることで正確な放射度の決定が可能になった。
• 同じ活動領域から12月13日および14日に発生した2回のその後の電波放出は、低いが依然として顕著な放射度を示しており、継続的な活動を示している。
• このイベントにより、強い電波放射が引き起こした電離圏の乱れによって、広範囲にわたるGPS信号の劣化が発生した。
• これらの結果から、太陽活動極大期には極端な太陽電波バーストが発生し得ること、そして宇宙天気予測においてこれを考慮する必要があることが示唆された。