[論文レビュー] Historical solar Ca II K observations at the Rome and Catania observatories

Theodosios Chatzistergos, I. Ermolli+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2019

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ローマおよびカターニャ天文台の歴史的デジタル化Ca II K画像（それぞれ1964–1979年および1970–1971年）を処理し、 plage 面積を導出する。同様にアーチェトリア・アーカイブで用いられた光度測定および縁減衰補正手法を適用した。ローマとアーチェトリアのデータ間に良好な一致が得られ、 plage 面積分率のRMS差は0.01であった。また、空間分解能が低いものの、ローマアーカイブの高頻度観測と信頼性が確認された。

ABSTRACT

Here we present the little explored Ca II K archives from the Rome and the Catania observatories and analyse the digitised images from these archives to derive plage areas.

研究の動機と目的

• ローマおよびカターニャ天文台の未利用に近い歴史的Ca II K画像を処理・分析し、 plage 面積を導出すること。
• これらのアーカイブが、既存のよりよく知られたCa II Kデータセット（特にアーチェトリア）と比べて信頼性および一貫性を有しているかを評価すること。
• デジタル化に起因するアーティファクトや機器差が、 plage 面積測定に与える影響を評価すること。
• 高頻度のローマデータ（1日100枚）が、一時的なコロナ層現象の研究に信頼性があり有用な情報を提供できるかを検討すること。
• 太陽放射および気候研究のためのグローバルCa II Kデータセットにおける欠損を埋める支援をすること。

提案手法

• ローマ（417×417 px、5″/pixel）およびカターニャ（3287×2102～1972×1261 px、1.5–5″/pixel）のデジタル化Ca II K画像を処理用にFITS形式に変換した。
• 画像のソベルフィルタを用いた処理により、太陽円盤中心および半径を特定した。
• 光度補正は、静穏太陽領域を用いて、機器および露光差異を補正した。
• 活性領域を除いた後に、径方向、垂直方向、水平方向に5次多項式をフィッティングし、繰り返し実行されるウィンドウフィルタを適用することで、縁減衰補正を実施した。
• 静穏太陽領域の標準偏差に対する乗法的係数を用いて、 plage 範囲を特定した。
• すべての処理手順は、アーチェトリアCa II Kアーカイブに適用されたものと一致させ、直接比較を可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ローマおよびカターニャのCa II Kアーカイブからの plage 面積測定値は、よく知られたアーチェトリアアーカイブとどの程度一致するか？
• RQ2 飽和などのデジタル化アーティファクトが、歴史的Ca II Kデータにおける plage 面積の導出精度にどの程度影響を与えるか？
• RQ3 高頻度のローマデータ（1日100枚）は、一時的なコロナ層現象の研究に信頼性があり有用な情報を提供できるか？
• RQ4 処理済みのローマおよびカターニャのCa II K画像の空間分解能およびダイナミックレンジはどの程度で、他のアーカイブと比較してどうなるか？
• RQ5 ローマおよびカターニャの plage 面積時系列は、重複期間中、アーチェトリアのものとどの程度一貫性を示すか？

主な発見

• 空間分解能が低い（12.8±3.4″）ものの、ローマアーカイブはアーチェトリアデータと良好に一致し、共通日における平均差は0.001、RMS差は0.01であった。
• カターニャアーカイブからの plage 面積は、アーチェトリアおよびローマと比較して一貫して低く、共通日における平均差は-0.01、RMS差は0.017であった。
• ローマアーカイブは、1日1～2回の観測（約2983日）という優れた時間的サンプリングを提供し、カターニャ（92回）およびアーチェトリア（1931–1974年間で5133回）を上回る。これは、高頻度研究において貴重である。
• すべての3アーカイブに共通して観察されたデジタル化に起因する飽和アーティファクトが存在しても、 plage 面積の導出はローマとアーチェトリアの間で堅牢かつ一貫している。
• 縁減衰補正後の画像は、すべての3アーカイブで強い視覚的類似性を示すが、黒spotはアーチェトリアおよびカターニャのデータにローマのデータよりも明確に可視化されている。
• 本研究は、ローマおよびカターニャアーカイブが科学的に価値があり、太陽放射および気候研究のための歴史的Ca II Kデータセットにおける欠損を埋めるのに役立つことを確認した。