[論文レビュー] Phase diversity restoration of sunspot images I. Relations between penumbral and photospheric features

José Bonet, I. Márquez+3 more|ArXiv.org|May 27, 2004

Adaptive optics and wavefront sensing参考文献 35被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、スウェーデン真空太陽望遠鏡で得られた2時間にわたる高分解能Gバンドおよび青連続分光観測に対して位相多様性復元を適用し、衰えかかっている sunspot の周辺におけるへだてもない光球層特徴とペヌンブラ特徴の動的関係を分析した。その結果、外向きに移動するペヌンブラ粒子の1/3がペヌンブラを脱出し、その後に粒状構造や明るい特徴に進化することが判明した。一方、Gバンド明るい点は強い磁気繊維の周辺で独立して形成されており、これら特徴の起源が異なることが示唆された。

ABSTRACT

We investigate the dynamics of and the relations between small-scale penumbral and photospheric features near the outer penumbral boundary: penumbral grains (PGs), dark penumbral fibrils, granules, and photospheric G-band bright points. The analysis is based on a 2 h time sequence of a sunspot close to disc center, taken simultaneously in the G-band and in the blue continuum at 450.7 nm. Observations were performed at the Swedish Vacuum Solar Telescope (La Palma) in July 1999. A total of 2564 images (46 arcsec x 75 arcsec) were corrected for telescope aberrations and turbulence perturbations by applying the inversion method of phase diversity. Our findings can by summarized as follows: (a) One third of the outward-moving PGs pass through the outer penumbral boundary and then either continue moving as small bright features or expand and develop into granules. (b) Former PGs and G-band bright points next to the spot reveal a different nature. The latter have not been identified as a continuation of PGs escaping from the penumbra. The G-band bright points are mostly born close to dark penumbral fibrils where the magnetic field is strong, whereas PGs stem from the less-magnetized penumbral component and evolve presumably to non-magnetic granules or small bright features.

研究の動機と目的

• 衰えかかっている sunspot の外側ペヌンブラ境界付近における小スケールのペヌンブラ特徴と光球層特徴の動的関係を調査すること。
• ペヌンブラを脱出するペヌンブラ粒子（PGs）が、Gバンド明るい点または粒状構造に進化するかどうかを特定すること。
• ペヌンブラ-粒状構造境界付近におけるGバンド明るい点の起源と形成メカニズムを明確にすること。
• 磁場構造とプラズマの運動が特徴の形成および進化に果たす役割を評価すること。

提案手法

• 2時間にわたるスウェーデン真空太陽望遠鏡（ラ・パルマ）におけるGバンドおよび青連続分光（450.7 nm）の同時高フレームレート観測が実施された。
• 合計2,564枚の画像（46″ × 75″）が位相多様性逆問題手法を用いて処理され、大気的および機器的収差が補正された。
• 画像復元により高い時間的および空間的安定性が達成され、時間経過にわたる小スケール特徴の正確な追跡が可能になった。
• ペヌンブラ粒子、暗黒繊維、粒状構造、Gバンド明るい点などの特徴が、時間系列全体にわたり手動的かつ体系的に追跡された。
• 脱出するPGsが新たに形成されたGバンド明るい点に対応するかどうかを検証するため、空間的・時間的一致解析が実施された。
• ペヌンブラ-粒状構造境界付近における磁場強度および流れのパターンを分析し、Gバンド明るい点の形成メカニズムを推察した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外向きに移動するペヌンブラ粒子が外側ペヌンブラ境界を越えると、その後に粒状構造または明るい特徴として継続するか？
• RQ2 ペヌンブラ境界付近のGバンド明るい点は、脱出するペヌンブラ粒子から形成されるか？
• RQ3 磁場強度および水平方向のプラズマ運動がGバンド明るい点の形成に果たす役割は何か？
• RQ4 粒状構造およびペヌンブラ特徴の収束的または拡張的運動が、ペヌンブラ境界における磁束の集中に与える影響は何か？
• RQ5 ペヌンブラ-粒状構造界面における磁場的および動的構造の性質は何か？

主な発見

• 外側ペヌンブラ境界付近に位置する外向きに移動するペヌンブラ粒子（PGs）の1/3が、周囲の光球層に脱出し、その後に小規模な明るい特徴として移動し続ける、または粒状構造に拡張する。
• 脱出するPGsは、外側ペヌンブラおよびsunspotのモート領域の平均速度よりもわずかに高い速度を示しており、強化された流出ダイナミクスを示している。
• ペヌンブラ境界付近のGバンド明るい点は、脱出するPGsに由来しない。これらは空間的・時間的に明確に分離された特徴である。
• Gバンド明るい点は、主に暗黒ペヌンブラ繊維またはその先端付近に形成され、磁場が強くほぼ水平である場所に集中しており、磁束濃縮と直接的な関連があることが示唆された。
• Gバンド明るい点の形成は、拡張する粒状構造および外向きに移動するペヌンブラ特徴に起因する収束的水平運動に関連しており、これが磁束を圧縮・集中させる可能性がある。
• 文献に記載された既存のsunspotペヌンブラモデルでは、観測されたダイナミクスおよびPGsとGバンド明るい点の独立した形成経路を完全に説明できない。