[論文レビュー] Coronal Photopolarimetry with the LASCO-C2 Coronagraph over 24 Years [1996-2019] -- Application to the K/F Separation and to the Determination of the Electron Density

P. Lamy, A. Llébaria+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2020

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 34被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、1996–2019年の24年間にわたり、LASCO-C2コロナグラフの偏光データを補正・再処理し、KおよびFコロナ成分の正確な分離と電子密度の高精度抽出を可能にした。機器に起因する偏光アーティファクト、ミラーの二重屈折、露出時間の変動を、広範な飛行中および地上でのキャリブレーションにより是正することで、検証済みで高精度な偏光データセットを構築した。これは、今後の3次元電子密度トモグラフィーと太陽コロナモデル化に不可欠である。

ABSTRACT

We present an in-depth characterization of the polarimetric channel of the Large-Angle Spectrometric COronagraph LASCO-C2 onboard the Solar and Heliospheric Observatory (SoHO). The polarimetric analysis of the white-light images makes use of polarized sequences composed of three images obtained though three polarizers oriented at +60°, 0° and -60°, complemented by a neighboring unpolarized image, and relies on the formalism of Mueller. The Mueller matrix characterizing the C2 instrument was obtained through extensive ground-based calibrations of the optical components and global laboratory tests. Additional critical corrections were derived from in-flight tests relying prominently on roll sequences and on consistency criteria, mainly the tangential direction of polarization. Our final results encompass the characterization of the polarization of the white-light corona, of its polarized radiance, of the two-dimensional electron density, and of the K-corona over two solar cycles. They are in excellent agreement with measurements obtained at several solar eclipses except for slight discrepancies affecting the innermost part of the C2 field-of-view, probably resulting from an imperfect removal of the bright diffraction fringe surrounding the occulter.

研究の動機と目的

• 長年の機器に起因する偏光アーティファクトが、これまでの偏光測定に悪影響を及えてきたLASCO-C2コロナグラフのデータに対して、これを是正すること。
• 補正済みの偏光データを用いて、Kコロナ（サーモン散乱光）とFコロナ（光球からの反射光）成分の正確な分離を可能にすること。
• 既存の物理モデルを用いて、補正済みの偏光輝度（pB）測定値からコロナ内の電子密度分布を抽出すること。
• 日食観測との比較と、特に内側コロナにおけるサーモン散乱理論との整合性を確認することで、補正データの妥当性を検証すること。
• 今後の時間依存的再構成法を用いた3次元電子密度トモグラフィーの信頼できる基盤を提供すること。

提案手法

• 3枚のポラロイドフィルターを備えた分析器系に起因する機器由来の偏光および非一様応答を是正する包括的なキャリブレーションフレームワークの適用。
• 光学路内に存在する2つの折り返しミラーに起因する偏光誤差（波長依存性の二重屈折効果を含む）のモデル化と是正。
• 飛行中および地上キャリブレーションデータを用いて、各検出器チャンネルの波長依存性ムーザー行列補正を決定・適用。
• 露出時間の正規化と光度補正を実装し、24年間にわたる長期間にわたる偏光測定の安定化を実現。
• 日食観測との比較と、特に内側コロナにおけるサーモン散乱理論との整合性チェックを通じて、結果の妥当性を検証。
• 今後の応用として、時間依存的トモグラフィー法（Vibert et al., 2016）を補正済みデータに適用するための道筋を確立。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LASCO-C2の偏光システムにおける機器的要因が、太陽コロナの真の偏光状態をどの程度歪めているか。
• RQ2 補正済みLASCO-C2偏光データを用いて、1つの太陽サイクルにわたってKおよびFコロナ成分を信頼性高く分離できるか。
• RQ3 外側コロナにおいて、補正済みの偏光輝度（pB）測定値から電子密度をどの程度高精度に抽出できるか。
• RQ4 コロナ内の長期間にわたる偏光傾向と、全光球磁場の変動との相関関係はいかなるものか。
• RQ5 LASCO-C2用の標準Solarsoft処理パイプラインが、補正済み手法と比較してどの程度信頼できる偏光結果を出力しているか。

主な発見

• 著者らは、ポラロイドフィルターおよび折り返しミラーに起因する主要な機器由来偏光効果を成功裏に是正し、24年間にわたる正確な偏光測定を可能にした。
• 補正済みデータは、偏光輝度と全光球磁場との強い相関を示し、磁場がコロナ構造の進化に果たす役割を裏付けた。
• K/F分離は高い忠実度で達成され、太陽サイクル24期における北極および南極コロナ領域に顕著な非対称性が明らかになった。
• 特にその接線方向におけるコロナの偏光状態が、今や信頼できる精度で再現可能となった。これは、内側コロナにおけるサーモン散乱理論の適用可能性を検証した結果である。
• 標準のSolarsoft処理パイプラインは根本的に欠陥を有しており、正しくない偏光結果を出力しており、部分的な是正しか施されていないことが判明した。
• 補正済みデータセットは、時間依存的トモグラフィーを用いた高度な3次元電子密度再構成に適しており、高品質な合成画像作成の可能性が示された。