[論文レビュー] GCR intensity during the sunspot maximum phase and the inversion of the heliospheric magnetic field

М. Б. Крайнев, G. A. Bazilevskaya+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 2, 2015

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本研究は太陽磁気周期24の最大期における銀河宇宙線（GCR）強度、ハリオスフィア磁場（HMF）極性、および sunspot 活動を分析し、延長されたHMF反転期間と異常なGCR行動を明らかにした。HMF極性分布の分類を用いることで、SC 24のHMF反転期は記録上最長であり、GCR強度は遅れを伴い、異常な二重ギャップ構造と強いエネルギーヒステリシスを示しており、現在の太陽周期の最大期における長期間にわたる調制効果を示唆している。

ABSTRACT

The maximum phase of the solar cycle is characterized by several interesting features in the solar activity, heliospheric characteristics and the galactic cosmic ray (GCR) intensity. Recently the maximum phase of the current solar cycle (SC) 24, in many relations anomalous when compared with solar cycles of the second half of the 20-th century, came to the end. The corresponding phase in the GCR intensity cycle is also in progress. In this paper we study different aspects of the sunspot, heliospheric and GCR behavior around this phase. Our main conclusions are as follows: 1) The maximum phase of the sunspot SC 24 ended in 06.2014, the development of the sunspot cycle being similar to those of SC 14, 15 (the Glaisberg minimum). The maximum phase of SC 24 in the GCR intensity is still in progress. 2) The inversion of the heliospheric magnetic field consists of three stages, characterized by the appearance of the global heliospheric current sheet (HCS), connecting all longitudes. In two transition dipole stages beside the global HCS there are additional local HCSs, while the inversion stage lies between two transition dipole ones and there is no global HCS in this stage. The inversion stage of the current SC 24 is the longest when compared with those for SC 21-23. The second transition dipole stage and hence the whole inversion period of the heliospheric magnetic field in SC 24 provisionally ended in 08.2014. 3) The behavior of the GCR intensity in the period of the sunspot maximum phase and the inversion of the heliospheric magnetic fields for SC 21-23 demonstrates all the characteristic features for this period: the two-gap structure corresponding to two-peak structure in the sunspot activity, and the energy hysteresis. In the current SC 24 the GCR intensity shows rather unusual features and we should wait for one or even two years to see the whole picture.

研究の動機と目的

• 太陽周期20–23と比較して、太陽周期24の最大期における異常な挙動、特にsunspot面積とGCR強度の挙動を調査すること。
• 提案されたHMF極性分布の分類を用いて、ハリオスフィア磁場（HMF）極性反転の物理的意味を明確にすること。
• 高太陽活動期におけるHMF極性の変化、sunspot活動、およびGCR強度の調制との相関関係を検討すること。
• 観測されたSC 24におけるGCR強度パターン、特に遅延した二重ギャップ構造とエネルギーヒステリシスが、以前の周期における既知の挙動から逸脱しているかどうかを評価すること。

提案手法

• 太陽活動の代理指標として、グリニッジ-USAFおよび1870年以前の再構築データを用いたCarrington回転平均sunspot面積データ（Sss(t)）を用いた。
• ウィルコックス太陽観測所のハリオスフィア磁場（HMF）パラメータを用い、準傾き角（αqt）、高緯度ラインオブサイト成分（Bls^pol）、および球面調和係数を含めた。
• GCRの調制効果を評価するために、OMNIデータベースのHMF強度（Bhmf）データを用いた。
• 中間エネルギー（Jint）および低エネルギー（Jlow）GCR強度のプロキシとして、ムルマンスクおよびモスクワでの平流層バルーンモニタリング（RBM）データを用いた（Teff ≈ 3 GeVおよび数百MeV）。
• 高エネルギーGCR強度（Jhigh、Teff ≈ 15 GeV）のプロキシとして、モスクワのニュートリノモニタデータを用いた。
• HMF極性分布を3段階に分類した：「遷移ダブルポール」（A>0およびA<0）と「反転」（グローバルHCSなし）、αqtを用いて段階間の遷移を定義した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽周期24の最大期は、sunspot面積およびGCR強度の挙動において、以前の周期とどのように異なるか？
• RQ2 SC 24におけるHMF極性反転の期間と構造は、SC 21–23と比較してどうなっており、ハリオスフィア電流シート（HCS）構成とどのように関係しているか？
• RQ3 SC 24におけるGCR強度の二重ギャップ構造およびエネルギーヒステリシスは、以前の偶数周期および奇数周期で観測されたパターンと比べて、どの程度逸脱しているか？
• RQ4 HMF極性遷移のタイミングと形状は、Gnevyshevギャップおよびsunspot活動ピークのタイミングと、最大期においてどのように相関しているか？
• RQ5 SC 24における最初のGCR強度ギャップの遅れ発生は、HMF強度の進化および宇宙線調制の進化について何を示唆しているか？

主な発見

• 太陽周期24におけるsunspot面積の最大期は2014年6月に終了し、周期の発展様式はSC 14およびSC 15（グレイト・ミニアム）に類似していた。
• SC 24におけるHMF反転は記録上最長であり、「反転」ステージ（グローバルHCSなし）はSC 21–23と比較して著しく長期間にわたり続いた。
• SC 24におけるHMF極性反転の2番目の「遷移ダブルポール」ステージは2014年8月に終了したが、北半球高緯度SMF強度が低いため、2015年にも同様のCarrington回転が予想された。
• SC 24におけるGCR強度は、遅れた最初のギャップ（2012年2月）を示し、高エネルギー粒子に対しては明確な第二ギャップが観測されなかったため、異常な調制挙動を示した。
• SC 24のエネルギーヒステリシスループは広く、偶数周期の予想に合致していたが、最大期が継続中のため、完全な構造は未解明のままである。
• SC 24におけるHMF「反転」期間は、sunspot面積およびHMF強度のGnevyshevギャップのわずか前後に集中しており、以前の周期で観測されたパターンと一致していた。