[論文レビュー] Comprehensive Observations of a Solar Minimum CME with STEREO

Brian E. Wood, R. A. Howard+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 26

ひとこと要約

本研究では、太陽活動極小期のコロナルエジェション（CME）について、同時刻のSTEREO画像（SECCHI）と、STEREO-AおよびSTEREO-Bのイン situ 測定（PLASTIC、IMPACT）に加え、ACEおよびSOHOデータを用いた、最初の包括的運動学的解析を実施した。固定φ法（Fixed-φ method）は、CME構造が狭いと仮定するが、点P法（Point-P method）よりもより正確な運動学的モデルを提供し、宇宙天気予測における到着時刻予測を顕著に改善することが示された。

ABSTRACT

We perform the first kinematic analysis of a CME observed by both imaging and in situ instruments on board STEREO, namely the SECCHI, PLASTIC, and IMPACT experiments. Launched on 2008 February 4, the CME is tracked continuously from initiation to 1 AU using the SECCHI imagers on both STEREO spacecraft, and is then detected by the PLASTIC and IMPACT particle and field detectors on board STEREO-B. The CME is also detected in situ by ACE and SOHO/CELIAS at Earth's L1 Lagrangian point. The CME hits STEREO-B, ACE, and SOHO on 2008 February 7, but misses STEREO-A entirely. This event provides a good example of just how different the same event can look when viewed from different perspectives. We also demonstrate many ways in which the comprehensive and continuous coverage of this CME by STEREO improves confidence in our assessment of its kinematic behavior, with potential ramifications for space weather forecasting. The observations provide several lines of evidence in favor of the observable part of the CME being narrow in angular extent, a determination crucial for deciding how best to convert observed CME elongation angles from Sun-center to actual Sun-center distances.

研究の動機と目的

• STEREOおよび地球軌道上宇宙探査機からのマルチポイント・マルチインSTRUMENT観測を用いて、太陽活動極小期のCMEの三次元的運動学的挙動を分析すること。
• 二重STEREO視点による観測幾何学的配置がCMEの外観および運動学的モデル化に与える影響を評価すること。
• 限られた角度拡がりを示すCMEに対して、点P法（Point-P method）と固定φ法（Fixed-φ method）のどちらがより正確な運動学的モデリングを提供するかを特定すること。
• STEREOの独自の観測ポイントを活用して、CME到着時刻予測の正確性を定量化することで、宇宙天気予測を改善すること。
• 包括的なSTEREO観測が、CME構造および伝播挙動に関する信頼性をどのように高めているかを評価すること。

提案手法

• 両方のSTEREO宇宙機のSECCHIのEUVI、COR1、COR2、HI1、HI2望遠鏡を用いて、CMEを太陽から1 AUまで連続的に追跡した。
• 点P法（Point-P method）を適用し、広範囲に広がった球状のCMEフロントを仮定して、位置角からのずれ角からCMEの距離を推定した。
• 固定φ法（Fixed-φ method）を適用し、径方向に進む狭くコンパクトなCME構造を仮定して、CMEの伝播をモデル化した。
• STEREO-BのPLASTICおよびIMPACT、およびL1付近のACEおよびSOHO/CELIASのイン situ 測定データを用いて、運動学的モデルの妥当性を検証した。
• STEREO-AとSTEREO-Bの間の視点差（45.3°）を活用し、CME追跡および到着時刻予測における幾何的バイアスを評価した。
• STEREO-AおよびSTEREO-Bの観測に基づいて予測されたSTEREO-BでのCME到着時刻を比較し、予測精度を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二つの広く離れたSTEREO視点から観測した場合、CMEの外観および運動学的挙動はどのように異なるか？
• RQ2 限られた角度拡がりを示すCMEの真の伝播をよりよく表現するのは、点P法（Point-P method）か、固定φ法（Fixed-φ method）か？
• RQ3 CMEの到着時刻予測において、STEREO-Aのパス外観測は、STEREO-Bのパス内観測に比べてどの程度性能を向上させるか？
• RQ4 このCMEの観測可能な部分が狭い角度拡がりであることを裏付ける証拠は何か？
• RQ5 包括的なSTEREO観測は、CME運動学的モデリングおよび宇宙天気予測における信頼性を顕著に向上させることができるか？

主な発見

• 両方のSTEREO宇宙機のSECCHIイメージャーを用いて、CMEを太陽から1 AUまで連続追跡した。これは、このマルチポイント・マルチインSTRUMENTデータセットを用いたCMEの最初の完全な運動学的解析である。
• 固定φ法（Fixed-φ method）は、CME構造が狭いと仮定するが、点P法（Point-P method）が継続的な加速を示唆するのと比較して、より正確な運動学的モデルを提供した。
• CMEの観測可能な部分は限られた角度拡がりを示しており、このイベントに対して固定φ法（Fixed-φ method）の適用が正当化された。
• STEREO-Aのパス外観測は、STEREO-Bのパス内観測よりもCMEのSTEREO-B到着時刻をはるかに高い精度で予測した。これは、パス外イメージングが予測に優位性を発揮することを示している。
• CMEはPLASTIC-Bがピーク密度を観測してから約13時間後にSTEREO-Bに到着した。これは、画像で検出されたCMEフロントがCMEの先頭部分に対応していることを示している。
• 包括的なデータセットは、STEREOの連続追跡能力を活用してCME到着時刻の予測を精緻化し、地球を向いたCMEの宇宙天気予測を改善する根拠を支持している。