[論文レビュー] On the GCR intensity and the inversion of the heliospheric magnetic field during the periods of the high solar activity

М. Б. Крайнев, М. С. Калинин|arXiv (Cornell University)|Nov 27, 2014

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

ひとこと要約

本稿では、太陽活動極大期における銀河宇宙線（GCR）強度の二重ギャップ構造およびエネルギーヒステリシスと、恒星磁気圏場（HMF）の反転および太陽周期ダイナミクスを結びつける二段階モデルを提案する。HMF極性の反転、特に反転期におけるグローバル電流面の不在が、最初のGCR強度低下を引き起こすことが示され、その後のダイポール的配置が第二段階を支配し、これは異常な太陽活動周期24におけるGCR最小値の予測に意味を持つ。

ABSTRACT

We consider the long-term behavior of the solar and heliospheric parameters and the GCR intensity in the periods of high solar activity and the inversions of heliospheric magnetic field (HMF). The classification of the HMF polarity structures and the meaning of the HMF inversion are discussed. The procedure is considered how to use the known HMF polarity distribution for the GCR intensity modeling during the periods of high solar activity. We also briefly discuss the development and the nearest future of the sunspot activity and the GCR intensity in the current unusual solar cycle 24.

研究の動機と目的

• 太陽活動極大期におけるHMF極性反転とGCR強度の二重ギャップ構造との間の物理的関係を明確化すること。
• HMF極性状態（ダイポール、遷移ダイポール、反転）を分類し、それらを別個のGCR調制行動と関連付けること。
• HMF極性分布および径方向場のダイナミクスを用いて、高活動期におけるGCR強度変動をモデル化すること。
• 特に低活動および遅延したGCR調制特徴に関して、歴史的周期と比較した場合の太陽活動周期24の異常な挙動を評価すること。
• 歴史的類似周期に基づき、太陽活動周期24における予想最大 sunspot 面積および最小GCR強度を推定すること。

提案手法

• 1975–2013年の年間平滑化データ（sunspot 面積（Sss）、HMF強度（BHMF）、高緯度太陽磁場（Bpol_ls）、WSOモデルからの球面調和係数）を用いる。
• 低エネルギーGCR強度（カットオフ剛性 ~0.6–2.4 GV）の測定には、ストラトスフィア風船モニタリング（RBM）を、高エネルギーGCR（Teff ~15 GeV）の測定にはニュートロンモニタデータを用いる。
• ヒステリシス解析のため、高エネルギーGCR強度を低エネルギー基準に線形回帰で正規化する。
• HCS形状に基づくHMF極性状態の分類：グローバル（ダイポール）、複数（遷移ダイポール）、非グローバル（反転）構成。
• 径方向HMF成分（Br^HMF）とその時間微分（dA/dt）を用いて磁気漂流速度をモデル化し、q·dA/dt依存および非依存フェーズを区別する。
• 過去の太陽活動周期最大期と初期周期の活動との間の回帰を用い、太陽活動周期24における最大Sssおよび最小Jの予測を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 恒星磁気圏場（HMF）の反転が、太陽活動極大期における銀河宇宙線（GCR）強度の二重ギャップ構造にどのように影響を与えるか？
• RQ2 異なるHMF極性配置（ダイポール、遷移ダイポール、反転）がGCR強度調制に与える物理的意味は何か？
• RQ3 なぜ太陽活動周期24では、以前の周期と比較してGCR強度のエネルギーヒステリシスが顕著でないのか？
• RQ4 太陽活動周期24におけるHMF反転の遅れが、GCR強度最小のタイミングと大きさにどの程度影響を与えるか？
• RQ5 歴史的類似周期（例：Glaisberg最小期）を用いて、太陽活動周期24における最大sunspot 面積および最小GCR強度を信頼性高く予測できるか？

主な発見

• 太陽活動極大期における最初のGCR強度低下はHMF反転と一致し、粒子の符号に依存しない。これは、極性遷移期におけるBHMFの減衰と関連している。
• HMF反転から1–2年後に続く第二のGCR強度低下は、q·dA/dtの符号に依存しており、これは電荷依存の漂流効果を示している。
• HMF極性分類により、三つのタイプが特定された：(1) ダイポール（グローバルHCS、低活動）、(2) 遷移ダイポール（複数HCS、中間）、(3) 反転（グローバルHCSなし、高活動段階）。
• 太陽活動周期24では、HMF反転がsunspot最大以前に開始され、二重ピーク構造を示さなかったため、Gnevyshevギャップは観測されず、完全なヒステリシスループも形成されなかった。
• 太陽活動周期24における最大sunspot 面積は、Glaisberg最小期（周期14–16）において最も高い水準に達すると予測され、予想されるSss^M24は歴史的最小値と同等である。
• 太陽活動周期24における最小GCR強度は、周期20、21、23と比較してわずかに高いと推定され、23/24最小期にわたりGCRレベルが著しく上昇し続けたためである。