[論文レビュー] How big is the Sun: Solar diameter changes over time

J. P. Rozelot, А. Г. Косовичев+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2018

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、SOHO/MDIおよびSDO/HMIデータ（1996–2017年）からのヘルモセイズミックfモード振動を用いて太陽の直径変動を分析し、地震的半径が太陽活動と反相的に変動することを明らかにした。研究結果は国際天文学連合（IAU）が見直した太陽半径を支持し、太陽活動周期を駆動する地下磁場に関する新たな知見を提供する。

ABSTRACT

The measurement of the Sun's diameter has been first tackled by the Greek astronomers from a geometric point of view. Their estimation of ~1800", although incorrect, was not truly called into question for several centuries. The first pioneer works for measuring the Sun's diameter with an astrometric precision were made around the year 1660 by Gabriel Mouton, then by Picard and La Hire. A canonical value of the solar radius of 959".63 was adopted by Auwers in 1891. Despite considerable efforts during the second half of the XXth century, involving dedicated space instruments, no consensus was reached on this issue. However, with the advent of high sensitivity instruments on board satellites, such as the Michelson Doppler Imager (MDI) on Solar and Heliospheric Observatory (SoHO) and the Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) aboard NASA's Solar Dynamics Observatory (SDO), it was possible to extract with an unprecedented accuracy the surface gravity oscillation f modes, over nearly two solar cycles, from 1996 to 2017. Their analysis in the range of angular degree l=140-300 shows that the so-called "seismic radius" exhibits a temporal variability in anti-phase with the solar activity. Even if the link between the two radii (photospheric and seismic) can be made only through modeling, such measurements provide an interesting alternative which led to a revision of the standard solar radius by the International Astronomical Union in 2015. This new look on such modern measurements of the Sun's global changes from 1996 to 2017 gives a new way for peering into the solar interior, mainly to better understand the subsurface fields which play an important role in the implementation of the solar cycles.

研究の動機と目的

• 高精度なヘルモセイズミックデータを用いて太陽の直径における長期的変動を調査すること。
• 地震的半径と太陽活動サイクルとの関係を評価すること。
• モデル化を用いて光球面半径と地震的半径の測定値の整合性を検証すること。
• 国際天文学連合（IAU）のための太陽半径の更新された制約を提供すること。
• 太陽活動周期のダイナミクスに影響を与える地下磁場の理解を深めること。

提案手法

• SOHO/MDIおよびSDO/HMI機器からの1996年から2017年までのfモード振動の分析。
• 地震的半径変動を抽出するためにl = 140–300の角運動量量子数に焦点を当てる。
• 太陽活動インデックスと地震的半径の傾向を比較し、位相関係を同定する。
• 観測上の差異を考慮して、光球面半径と地震的半径を結ぶモデル化の実施。
• 超高感度衛星機器を応用し、半径測定において前例のない高精度を達成する。
• ほぼ2つの太陽活動サイクルにわたる時間的分析により、長期的傾向を検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地震的fモードから推定される太陽の直径は、時間経過とともにどのように変動するか？
• RQ2 地震的半径と太陽活動との間に測定可能な反相関係が存在するか？
• RQ3 地震的半径測定値が真の太陽半径をどの程度制約できるか？
• RQ4 地下磁場は観測される半径変動にどのように影響するか？
• RQ5 ヘルモセイズミックデータは光球面直径測定の信頼できる代替手段となり得るか？

主な発見

• 地震的半径は太陽活動と反相的に変動し、活動度が高くなると減少する。
• 観測された地震的半径の変動は、磁場に起因する地下動態の変化と整合的である。
• 本分析は、2015年に国際天文学連合（IAU）が採択した見直し太陽半径値を支持する。
• SOHO/MDIおよびSDO/HMIからの高精度データにより、微細で長期的な直径変化が検出された。
• 研究結果は、ヘルモセイズミーが太陽内部構造と活動サイクルを調査する可能性を示している。
• 本研究は、地震的半径が一定ではないことが判明し、従来の太陽サイズの安定性という仮定に疑問を呈する。