[論文レビュー] Polarization of the Corona Observed During the 2017 and 2019 Total Solar Eclipses

Yoichiro Hanaoka, Yoshiaki Sakai+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 25, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 40被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、2017年および2019年の日食時に、フィルターウィンディルを備えたマルチサイトのDSLRベースの機器を用いて、太陽コロナの高ダイナミックレンジな偏光観測を実施した。KおよびFコロナの輝度、偏光輝度、偏光度を4太陽半径まで導出し、特に偏光度においてLASCO C2コロナグラフデータと系統的な乖離（約0.68の要因）を明らかにした。これは、観測手法間で一貫したキャリブレーションが求められることを示唆している。

ABSTRACT

We carried out polarimetric observations of the white-light corona during the total solar eclipses that occurred on 2017 August 21 and 2019 July 2, and successfully obtained data at two different sites for both eclipses. After eliminating the sky background, we derived the brightness, polarization brightness, and degree of the polarization of the K+F corona from just above the limb to approximately 4 $R_\odot$. Furthermore, we isolated the K- and F-corona with plausible degree of polarization of the K-corona. The field of view covering up to approximately 4 $R_\odot$ enabled us to compare the derived brightness and polarization with a wide range of other observations. The results of the comparison show significant scatter; while some of the observations present very good coincidence with our results, the other ones exhibit systematic discrepancy.

研究の動機と目的

• 全太陽日食期における白色光コロナの高ダイナミックレンジでマルチサイトの偏光観測を実施すること。
• Kコロナの接線偏光とFコロナのほとんどない偏光を活用し、偏光データを用いてKコロナとFコロナの成分を分離すること。
• 地上観測の日食データと宇宙ベースのコロナグラフデータ（例：LASCO C2）の輝度および偏光を比較し、一貫性を評価するとともに、系統的な乖離を同定すること。
• 日食観測が、異なる機器および手法におけるコロナの輝度および偏光のキャリブレーション基準として信頼できるかを検証すること。
• 低コストのDSLR機器を用いたアマチュア・プロフェッショナルの共同キャンペーンが、高精度な太陽コロナ偏光測定に実現可能で科学的価値があることを示すこと。

提案手法

• 同一のDSLRカメラ（Nikon D810a、Canon EOS 6D）を用い、Takahashi FS-60Q望遠鏡とフィルターウィンディルを備えたマルチサイトの偏光観測を実施した。偏光調制は、偏光状態を直交および対角方向（0°、45°、90°、135°）に切り替えながら連続撮影することで実現した。
• ストークスパラメータおよび偏光度を計算可能となるよう、直交および対角偏光状態での連続撮影により線形偏光を測定した。
• スカイバックグラウンドは直交偏光状態の平均値を用いて差し引いた。輝度は、同じ機器で撮影した太陽ディスク画像を用いてキャリブレーションした。
• Fコロナは偏光がほとんどないものと仮定し、Kコロナの接線偏光を用いてその寄与を分離した。
• 同時多色（RGB）撮影により、Kコロナ、Fコロナ、およびスカイバックグラウンドのスペクトル的差異を活用し、成分分離を向上させた。
• 1回の日食につき2カ所の観測データを統合し、一貫性を確保するとともに観測バイアスを低減した。結果は、アーカイブされた日食データおよびコロナグラフデータと照合された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2017年および2019年の日食で測定されたKコロナの偏光および輝度は、LASCO C2などの宇宙ベースのコロナグラフデータとどのように比較できるか？
• RQ2 広視野（最大4 R⊙）を有する日食観測は、地上および宇宙ベースの機器によるコロナ内層と外層の観測の間のギャップをどの程度埋められるか？
• RQ3 日食から導かれた偏光および輝度とLASCO C2データとの間の系統的乖離の程度は何か？ これはキャリブレーションの一貫性にどのような示唆をもたらすか？
• RQ4 低コストのDSLR機器を用いたアマチュア・プロフェッショナル共同キャンペーンは、太陽コロナの偏光測定において科学的に信頼性があり再現可能なデータを生み出せるか？
• RQ5 近年のFコロナに偏光の可能性が示唆されている状況において、Fコロナが偏光なしと仮定することは、KコロナとFコロナの成分分離にどのような影響を及えるか？

主な発見

• 2017年および2019年の日食から導かれたK+Fコロナの偏光度は、LASCO C2データと比較して約0.68の系統的乖離を示し、コロナグラフ測定値が一貫して低く見積もられている可能性を示唆している。
• 日食観測から導かれたK+Fコロナの輝度およびKコロナ単体の輝度（BK+FおよびBK）は、外層コロナ（約2 R⊙以降）においてLASCO C2データと良好に一致するが、内層コロナでは偏光度およびKコロナの輝度に系統的乖離が生じる。
• 日食観測から導かれたKコロナの輝度および偏光は、1998年および1999年の日食データと一致するが、2006年の日食データとは異なり、LASCO C2の偏光で同様の低値推定傾向を示している。
• 同一機器を用いたマルチサイト観測により、独立したデータセット間の一貫性が確認され、観測誤差が低減した。
• DSLRカメラの同時RGB撮影機能により、スペクトル的および偏光的特性に基づき、Kコロナ、Fコロナ、スカイバックグラウンドの成分分離が著しく向上した。
• 本研究は、低スカイバックグラウンドと広視野を有するため、全日食が白色光コロナ観測の重要なキャリブレーション基準のまま残っていることを確認した。特に、コロナ内層と外層の測定を橋渡しする点で重要である。