[論文レビュー] Including stereoscopic information in the reconstruction of coronal magnetic fields

T. Wiegelmann, T. Neukirch|Jan 21, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、SOHO/EITデータを用いてループ形状を導出し、反復的に力自由パラメータαを最適化することで、再構築された磁力線と観測されたループとのずれを最小化するように、三次元ステレオ的ループ構造を逆問題処理に組み込むことで、線形力自由コロナ磁場を再構築する新しい手法を提示している。この手法は、異なるループ群に対して明確に異なるα値を特定でき、標準的手法に比べて高い精度を示している。

ABSTRACT

We present a method to include stereoscopic information about the three dimensional structure of flux tubes into the reconstruction of the coronal magnetic field. Due to the low plasma beta in the corona we can assume a force free magnetic field, with the current density parallel to the magnetic field lines. Here we use linear force free fields for simplicity. The method uses the line of sight magnetic field on the photosphere as observational input. The value of $α$ is determined iteratively by comparing the reconstructed magnetic field with the observed structures. The final configuration is the optimal linear force solution constrained by both the photospheric magnetogram and the observed plasma structures. As an example we apply our method to SOHO MDI/EIT data of an active region. In the future it is planned to apply the method to analyse data from the SECCHI instrument aboard the STEREO mission.

研究の動機と目的

• ステレオ観測から得られる三次元プラズマループ構造を組み込むことで、コロナ磁場再構築を改善すること。
• 標準的な力自由磁場手法が光球線形磁場マップにのみ依存するという限界を克服すること。
• 再構築された磁力線と観測された3次元ループ形状とのずれを最小化することで、最適な力自由パラメータαを特定すること。
• SOHO/MDIおよびSOHO/EITデータを用いてステレオ的に再構築された活動領域NOAA 7986のループを用いて、手法の妥当性を検証すること。
• 将来のSTEREO/SECCHIミッションの高分解能3次元ループデータへの応用に向けた基盤を築くこと。

提案手法

• 線形力自由磁場の外挿に、光球線形磁場データを境界条件として用いる。
• 再構築された磁力線と観測された3次元ループ構造とのずれを定量化するコスト関数C(α)を導入する。
• 磁力線と観測ループの整合性を評価するために、フットポイント法とループ距離法の2つの比較手法を用いる。
• ニュートン・ラプソン型の更新式を用いて、コスト関数を最小化することで力自由パラメータαを反復的に最適化する：α_new = α - C′/C′′。
• 磁力線が高導電率のコロナプラズマに固定されていると仮定し、観測されたループ形状が磁力線を示しているとみなす。
• 本手法は、SOHO/EITおよびMDIデータからステレオ的に再構築されたループを用いて検証され、Aschwandenら（1999）が導出したループ形状を基にしている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コロナループの三次元ステレオ観測は、線形力自由磁場再構築の精度を向上させることができるか？
• RQ2 光球磁場マップとループ幾何学的形状の両方の制約を受ける場合、観測された3次元ループ形状と最も一致する力自由パラメータαの値は何か？
• RQ3 3次元ループ情報の組み込みは、再構築された磁場構成の整合性および空間分解能にどのように影響を与えるか？
• RQ4 この手法は非線形力自由磁場に拡張可能であり、将来のSTEREO/SECCHIデータに応用可能か？
• RQ5 ステレオ的に導出されたループ形状の不確実性に、結果はどれほど敏感か？

主な発見

• 負の傾斜を示すループ群に対してα ≈ 2.5、正の傾斜を示す別のループ群に対してα ≈ -2.0が有意に特定され、それらの幾何的向きと整合的であった。
• グループ最適化のためのコスト関数値は、個々のループ最適化と比較してわずか5–10%高いにとどまり、複数のループ間で良好な一貫性を示した。
• 再構築された磁力線は、特にループ距離法を用いた比較において、観測された3次元ループ形状と良好に一致した。
• 結果は、ステレオ的に導出されたループ形状の正確さに敏感であり、不完全または不正確に外挿されたループでは、より大きな誤差が予想された。
• 本手法は実現可能性と一貫性を示しており、将来のSTEREO/SECCHIデータ（高空間・時間分解能）への応用に向けた基盤を提供する。
• 著者らは、3次元ループ幾何学的形状の組み込みが磁場再構築を顕著に改善することを結論づけ、非線形力自由磁場への手法の拡張を計画している。