[論文レビュー] Large-scale horizontal flows in the solar photosphere II: Long-term behaviour and magnetic activity response

Michal Švanda, M. Klvaña+2 more|ArXiv.org|Oct 14, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 43被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、ほぼ1つの太陽黒spot周期にわたるSOHO/MDIドップラー図を用いて、太陽光球層における長期的な水平流れを分析する、妥当性が検証された手法を適用した。トルソナル振動と赤道渦動が確認され、赤道帯の活動領域はカーレンディングレートよりも60±9 m s⁻¹速く回転しており、これは0.95 R⊙における径方向剪断層の基部から上昇したことを示唆している。また、進化した活動領域は、磁気的根源とのつながりを失うにつれ減速することが示された。

ABSTRACT

Recently, we have developed a method useful for mapping large-scale horizontal velocity fields in the solar photosphere. The method was developed, tuned and calibrated using the synthetic data. Now, we applied the method to the series of Michelson Doppler Imager (MDI) dopplergrams covering almost one solar cycle in order to get the information about the long-term behaviour of surface flows. We have found that our method clearly reproduces the widely accepted properties of mean flow field components, such as torsional oscillations and a pattern of meridional circulation. We also performed a periodic analysis, however due to the data series length and large gaps we did not detect any significant periods. The relation between the magnetic activity influencing the mean zonal motion is studied. We found an evidence that the emergence of compact magnetic regions locally accelerates the rotation of supergranular pattern in their vicinity and that the presence of magnetic fields generally decelerates the rotation in the equatorial region. Our results show that active regions in the equatorial region emerge exhibiting a constant velocity (faster by 60 +/- 9 m/s than Carrington rate) suggesting that they emerge from the base of the surface radial shear at 0.95 R_sun, disconnect from their magnetic roots, and slow down during their evolution.

研究の動機と目的

• 実観測データを用いて、太陽光球層における大規模な水平流れの長期的挙動を調査すること。
• 特に活動領域の回転運動を含めた、光球層流れが磁気活動に与える反応を検討すること。
• 合成データを用いた検証により新たに開発された水平速度場マッピング手法の妥当性を検証し、それを実際のMDIドップラー図に適用すること。
• 流れの変動における周期性を探索し、それらが磁気活動周期と関連しているかどうかを評価すること。
• 活動領域の進化過程においてその回転速度が変化するかどうかを特定し、それらが磁気的起源に与える含意を明らかにすること。

提案手法

• 大規模な水平速度場マッピング手法は、事前に合成データを用いてキャリブレーションされており、ほぼ1つの太陽周期にわたるMDIドップラー図の時系列に適用された。
• この手法は、ドップラーシフト測定値から水平流れ場を東西方向（ゾナル）および南北方向（メリジオナル）成分に分離する。
• 赤道付近の流れデータに対して周期解析を実施し、太陽の傾きに起因する誤検出信号を特定するためにコントロールデータセットが用いられた。
• この手法は、円盤中心から縁へのドップラー速度の変化を補正し、流れ測定における系統的バイアスを最小限に抑える。
• 時間経過に伴う流れのパターンを分析し、差動回転、トルソナル振動、メリジオナル循環の傾向を検出する。
• 新規、成長期、減衰期、再発生期の各段階にある活動領域の回転速度を比較し、回転速度の変化を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽周期にわたる太陽光球層における大規模な水平流れは、どのように変化するか？
• RQ2 赤道帯の活動領域は、径方向剪断層の基部（0.95 R⊙）から上昇した場合に、一定の回転速度を示すか？
• RQ3 活動領域の進化に伴いその回転速度はどのように変化するのか。これは、それらが深部の磁気層とどの程度つながっているかを示唆するか？
• RQ4 磁気活動周期に関連する流れの変動に、検出可能な周期性が存在するか？
• RQ5 磁気領域の存在が、周囲の光球層流れを局所的に加速または減速させる程度はどの程度か？

主な発見

• この手法は、トルソナル振動やメリジオナル循環といった既知の特徴を正確に再現でき、実データへの信頼性が裏付けられた。
• 赤道帯の活動領域は、カーレンディングレートよりも60±9 m s⁻¹速く一定速度で回転しており、これは0.95 R⊙における径方向剪断層の基部から上昇したことを示唆している。
• 減衰期および再発生期の活動領域は、より遅く、速度のばらつきも広がっており、進化に伴い磁気的根源とのつながりを失っていることが示唆された。
• 活動領域の回転挙動は二峰性の分布を示しており、新規および成長期の領域はより速く、より一様に回転している。
• 赤道付近の流れデータに、1.8年および4.7年の2つの疑わしい周期性が検出されたが、コントロールデータには同様の周期性は認められず、さらなる確認が必要な実信号である可能性がある。
• 磁気領域は一般的に赤道帯の回転を減速させるが、局所的なコンパクトな磁気領域の出現は、周囲のスーパーグランウールパターンを加速させる。