[論文レビュー] Properties of sunspots in cycle 23: I. Dependence of brightness on sunspot size and cycle phase

Shibu K. Mathew, V. Mart ́ õnez Pillet+2 more|ArXiv.org|Jan 13, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 32被引用数 63

ひとこと要約

本研究では、太陽黒点周期23の高分解能MDI/SOHO連続スペクトル画像を用いて、160個以上の黒点を分析し、群影と光球帯の明るさが黒点サイズおよび太陽黒点周期の位相にどのように依存するかを調査した。きめ細やかな不要光およびゼーマン効果補正を経て、著者らは太陽周期位相による明るさの顕著な変化は見いださなかったが、群影核の明るさには強いサイズ依存性が認められ、小さな黒点ほど明るいという結果を得た。これは、磁気構造のサイズに応じてエネルギー輸送メカニズムが根本的に変化していることを示唆している。

ABSTRACT

In this paper we investigate the dependence of umbral core brightness, as well as the mean umbral and penumbral brightness on the phase of the solar cycle and on the size of the sunspot. Albregtsen & Maltby (1978) reported an increase in umbral core brightness from the early to the late phase of solar cycle from the analysis of 13 sunspots which cover solar cycles 20 and 21. Here we revisit this topic by analysing continuum images of more than 160 sunspots observed by the MDI instrument on board the SOHO spacecraft for the period between 1998 March to 2004 March, i.e. a sizable part of solar cycle 23. The advantage of this data set is its homogeneity, with no seeing fluctuations. A careful stray light correction, which is validated using the Mercury transit of 7th May, 2003, is carried out before the umbral and penumbral intensities are determined. The influence of the Zeeman splitting of the nearby NiI spectral line on the measured 'continuum' intensity is also taken into account. We did not observe any significant variation in umbral core, mean umbral and mean penumbral intensities with solar cycle, which is in contrast to earlier findings for the umbral core intensity. We do find a strong and clear dependence of the umbral brightness on sunspot size, however. The penumbral brightness also displays a weak dependence. The brightness-radius relationship has numerous implications, some of which, such as those for the energy transport in umbrae, are pointed out.

研究の動機と目的

• より大きな均一なデータセットを用いて、議論のあった周期位相依存性の群影明るさ変動に関する主張を再検討すること。
• Norton & Gilman (2004) が不要光補正なしに太陽活動極大期近辺に明るさの最小値を報告したが、それらの矛盾する結果を解消すること。
• 太陽周期位相に依存しない、群影および光球帯の明るさが黒点サイズにどのように依存するかを分離して特定すること。
• 2003年の水星食を用いて高度な不要光補正を検証・適用し、正確な強度測定を保証すること。
• MDIデータにおける連続スペクトル強度測定に影響を与える近接するNi I線のゼーマン分裂効果の影響を評価すること。

提案手法

• 1998年から2004年までのMDI全円盤連続スペクトル画像から、limb効果を最小限に抑えるためにμ > 0.94の234個の黒点を選定した。
• Maltbyら (1986) との直接比較を可能にするために、群影半径が5″から15″の間の164個の黒点に限定した。
• 周波数ドメインでのデコンボリューションにアポダイゼーション修復を適用し、機器のポイント spread 関数を補正し、ギブス振動を最小限に抑えた。
• 2003年5月7日の水星食観測を用いて不要光補正をキャリブレーションおよび検証し、コア強度の精度を2%未満に達成した。
• Ni I 6768 Å線のゼーマン分裂効果が連続スペクトル強度測定に与える影響を補正した。
• 得られた拡散関数を用いたシミュレーションにより、観測された明るさ-サイズ傾向が不要光のアーティファクトではなく、物理的に現実のものであることを確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 群影核の明るさは、太陽黒点周期23の位相に顕著に依存するか？
• RQ2 平均群影および光球帯明るさは、黒点サイズにどのように依存するか？
• RQ3 以前に報告された群影明るさの周期位相依存性は、補正されていない不要光または機器的要因に起因するものか？
• RQ4 Ni I線のゼーマン分裂がMDIデータにおける測定連続スペクトル強度に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ5 観測された明るさ-サイズ関係は、不要光による汚染によって説明できるのか、それとも物理的実態を反映しているのか？

主な発見

• 太陽黒点周期23全体を通じて、群影核、平均群影、平均光球帯明るさに顕著な変化は認められず、以前の周期位相依存性に関する主張とは矛盾する結果を得た。
• 群影明るさに強く明確なサイズ依存性が観測された：小さな群影ほど顕著に明るい。
• 光球帯明るさはサイズに弱い依存性を示したが、群影のそれほど顕著な傾向とは対照的であった。
• 水星食を用いた不要光補正の検証により、同サイズの黒点に対してコア強度が2%以内、平均強度が10%以内に回復されたことが確認された。
• シミュレーションにより、観測された明るさ-サイズ関係が物理的に現実のものであり、特に逆サイズ-明るさ傾向を考慮した場合、不要光によるアーティファクトではないことが確認された。
• 明るさ-半径関係は、群影内のエネルギー輸送メカニズムが磁気構造のサイズに応じて変化している可能性を示唆しており、対流抑制または磁場強度スケーリングの根本的変化を示唆している。