[論文レビュー] Latitudinal structure and dynamic of the photospheric magnetic field

E. Gavryuseva|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2018

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、1976–2007年の31年間にわたるウィルコックス太陽観測所のデータを分析し、太陽の光球磁場に安定した四領域の緯度構造が存在することを明らかにした。この構造では、磁場の極性波が2–3年ごとに赤道から極へと伝播しており、北南磁場の非対称性に22年周期の同期が見られることが判明した。主な発見は、3つの太陽黒spot周期にわたる太陽磁場ダイナミクスの長期的組織化を裏付ける、準22年周期の同期性である。

ABSTRACT

Analysis of the structure and dynamics of the magnetic field of the Sun is fundamental for understanding of the origin of solar activity and variability as well as for the study of solar-terrestrial relations. Observations of the large scale magnetic field in the photosphere taken at the Wilcox Solar Observatory from 1976 up to 2007 have been analysed to deduce its latitudinal and longitudinal structures, its differential rotation, and their variability in time. This paper is dedicated to the analysis and dynamics of the latitudinal structure of the solar magnetic field over three solar cycles 21, 22, 23. The main results discussed in this paper are the following: the large scale latitudinal structure is antisymmetric and composed of four zones with boundaries located at the equator, -25 and + 25 degrees, stable over 10-11 years with a time delay of about 5-6 years in near-equatorial zones. The variability and North-South asymmetry of polarity waves running from the equator to the poles with 2-3 - year period was studied in detail.

研究の動機と目的

• 3つの太陽黒spot周期にわたる光球磁場（SMF）の長期的緯度構造とダイナミクスを理解すること。
• 赤道から極へと伝播する極性波の起源と周期性を調査すること。
• 両半球におけるSMF変動の北南非対称性と時間的相関を定量すること。
• 大規模な磁場構造が複数の太陽周期にわたり安定しているかどうかを特定し、太陽活動とどのように関係しているかを解明すること。

提案手法

• 太陽周期21、22、23をカバーする1976–2007年のウィルコックス太陽観測所の日次ラインオブシイト磁気計測データの分析。
• カーレッジントン回転（CR）および年単位でのSMF強度と極性の平均化により、安定した緯度パターンの同定。
• 短期間の変動を分離し、両半球間の同期を調査するためのフィルタード磁場（FMF）の使用。
• 対称的緯度（θおよび−θ）における北半球と南半球の磁場変動の間の相互相関係数を計算し、最大22年までの時間遅れを考慮。
• 磁場ダイナミクスにおける周期性を検出するための位相再構成およびフーリエ解析の適用。
• 時間的・緯度的変化に伴う磁場強度と極性の可視化、バタフライダイアグラムに類似したプロットおよび相関マップの作成。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光球磁場の長期的緯度構造は何か。また、複数の太陽周期にわたり安定しているか。
• RQ2 極性波は赤道から極へと伝播するのか。その周期と空間的進化は何か。
• RQ3 太陽磁場の北南非対称性は時間的にどのように関連しているのか。相関に現れる周期性は何か。
• RQ4 対称的緯度における北半球と南半球の磁場変動間に一貫した位相関係があるか。
• RQ5 中程度強度の磁場（5–2000 μT）は、観測された波状構造の生成に果たす役割は何か。

主な発見

• 光球磁場は、±25°および赤道に境界を持つ安定した四領域の緯度構造を示し、10–11年間の期間にわたり持続するが、近赤道領域では5–6年遅れを伴う。
• 極性波は赤道から極へと2年周期で伝播しており、3つの太陽周期すべてにわたって明確に観測される。
• 北南相関における22年周期の強い周期性が、四領域構造のゾーン境界付近で観測される。
• 対称的緯度（θおよび−θ）における短期的FMF変動の相関係数が1.8、9.4、11.7、20、22年で高相関（r > 0.9）を示し、同期したダイナミクスを示している。
• フィルタード磁場（FMF）の分析により、北南同期の2年周期が29年間にわたって有意かつ安定していることが判明した。
• 四領域構造および波動ダイナミクスは、主に中程度強度の磁場（5–2000 μT）によって駆動されており、最近の分析（Gavryuseva, 2008a）で裏付けられている。