[論文レビュー] Forbush Decreases during the DeepMin and MiniMax of Solar Cycle 24

Dimitra Lingri, H. Mavromichalaki+5 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2016

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、太陽活動極小期および準最大期の太陽活動周期24期にわたり、2008年1月から2014年12月までの間、749件の銀河宇宙線強度のフォービッシュ減少（FD）を、中性子モニタデータおよびIZMIRAN FDデータベースを用いて分析した。特に、特定の漸近経度における宇宙線強度の前駆減少が、FDの予測に役立つ可能性を示した。58件の高異方性イベントのうち7件で検出可能な前駆信号が観測され、2014年にはFDの45%が発生した。

ABSTRACT

After a prolong and deep solar minimum at the end of solar cycle 23, the current cycle 24 is one of the lowest cycles. The two periods of deep minimum and mini-maximum of the cycle 24 are connected by a period of increasing solar activity. In this work, the Forbush decreases of cosmic ray intensity during the period from January 2008 to December 2014 are studied. A statistical analysis of 749 events using the IZMIRAN database of Forbush effects obtained by processing the data of the worldwide neutron monitor network using the global survey method is performed. A further study of the events that happened on the Sun and affected the interplanetary space, and finally provoked the decreases of the galactic cosmic rays near Earth is performed. A statistical analysis of the amplitude of the cosmic ray decreases with solar and geomagnetic parameters is carried out. The results will be useful for space weather studies and especially for Forbush decreases forecasting.

研究の動機と目的

• 太陽活動周期24の低活動期、特に深いつき最小期および準最大期におけるフォービッシュ減少（FD）の統計的挙動を調査すること。
• CME速度、太陽風速度、および地磁気指数（Dst）などの太陽および惑星間パラメータとFDの振幅との関係を検討すること。
• FD発生の早期予測を可能にする、特に前駆減少および前駆増加を含む宇宙線強度の前駆信号を同定・特徴づけること。
• 高分解能の中性子モニタデータを用いて、衝撃波到達の前に対異常な宇宙線異方性を検出するための「ステーション環（RS）」法の有効性を評価すること。

提案手法

• NMDBデータベースを介して、50か所の世界中の中性子モニタから得られた、時間分解能1時間、気圧補正済みの宇宙線強度データを用いた。
• 10 GVの剛性において、宇宙線異方性の第一調和成分を計算するためにグローバルサーベイ法（GSM）を適用し、強度変動を定量化した。
• IZMIRANデータベースから、振幅が2%を超えるFDイベントを抽出し、詳細分析の対象として、振幅が2%を超える114件と5%を超える15件を選定した。
• 異方性閾値（Axy > 0.9%）を設定し、衝撃波到達前の静穏な惑星間条件を要件として、ステーション環（RS）法を用いて縦方向の前駆パターンを検出した。
• CME（SOHO/LASCOから）、太陽耀斑（GOESから）、およびACE/WindおよびOMNIデータベースからのIMFパラメータを含む、太陽および惑星間データとFDイベントを相関させた。
• 17 March 2013イベントを事例として選定し、漸近経度-時間図および異方性プロファイルを用いて、前駆挙動を可視化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽活動周期24の深いつき最小期および準最大期におけるフォービッシュ減少の統計的分布はどのようなものか？
• RQ2 FDの振幅は、太陽風速度、CME速度、および地磁気指数（Dst）とどのように相関するか？
• RQ3 前駆信号（具体的には、FD発生の前における宇宙線強度の前駆減少および前駆増加）は、FD発生の前に信頼性高く検出可能か？
• RQ4 異常な宇宙線異方性レベル（Axy > 0.9%）は、FDイベントのどの程度前まで遡って観測され、惑星間衝撃波到達とどのように関連するか？
• RQ5 CMEおよび関連する衝撃波は、大振幅FDを生成する上で果たす役割は何か？その性質はFDの大きさにどのように影響するか？

主な発見

• 2008年から2014年の間に記録された749件のFDイベントのうち、2%を超える振幅を示したのは114件にとどまり、そのうち90件が準最大期（2012–2014年）に発生した。2014年にはその45%（45件）が発生した。
• FD振幅と太陽風速度やCME速度との間に強く相関は認められず、磁気的構造や衝撃波の幾何学的配置が振幅変動を支配している可能性を示唆した。
• 異方性基準（Axy > 0.9%）を満たす58件のFDイベントのうち、検出可能な前駆信号を示したのは7件にとどまり、前駆信号はまれであるが、予測に有用である可能性を示した。
• 17 March 2013イベントでは、明確な前駆信号が観測された。衝撃波到達の約24時間前に、0°–180°の狭い経度範囲で2.25%を超える前駆減少が観測された。
• 17 March 2013イベントのFD振幅は10 GVで4.6%であり、強い惑星間衝撃波と関連するDST低下（-75 nT）と整合的であった。
• 前駆減少は狭い経度帯に集中していたのに対し、前駆増加は広範囲にわたって観測された。これは、衝撃波通過の前に対象的・方向性に宇宙線が調制されている可能性を支持する。