[論文レビュー] Relation of Microstreams in the Polar Solar Wind to Switchbacks and Coronal X-ray Jets

M. Neugebauer, Alphonse C. Sterling|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2021

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 28被引用数 20

ひとこと要約

本稿は、極域太陽風におけるマイクロストリーム速度ピークとスイッチバック（折りたたまれた惑星間磁場に関連する磁場反転）の間に強い時間的相関関係があることを示している。研究では、マイクロストリームが個々のコロナルX線ジェットによるものではなく、繰り返し発生するミニフィラメント／フラックスロープの爆発によって生成されるスイッチバックのクラスタによって生じると提案している。数時間にわたる持続的なジェット活動が、マイクロストリームの長時間持続を説明している。

ABSTRACT

Ulysses data obtained at high solar latitudes during periods of minimum solar activity in 1994 and 2007 are examined to determine the relation between velocity structures called microstreams and folds in the magnetic field called switchbacks. A high correlation is found. The possibility of velocity peaks in microstreams originating from coronal X-ray jets is re-examined; we now suggest that microstreams are the consequence of the alternation of patches of switchbacks and quiet periods, where the switchbacks could be generated by minifilament/flux rope eruptions that cause coronal jets.

研究の動機と目的

• 高緯度太陽風におけるマイクロストリームとスイッチバックの関係を調査すること。
• コロナルX線ジェットがマイクロストリーム速度ピークの原因であるという仮説を再評価すること。
• 個々のイベントではなく、スイッチバックのパッチがマイクロストリームの持続時間と構造を説明するかどうかを特定すること。
• 数時間にわたる繰り返し発生するミニフィラメント／フラックスロープの爆発が、スイッチバックの生成および太陽風流れへのその後の影響を果たす役割を評価すること。

提案手法

• 太陽活動極小期の1994年および2007年におけるユリシーズの高緯度でのインサイト測定データを分析した。
• 約0.4日間の走時平均からのプロトン速度のずれ（20 km s⁻¹以上）によってマイクロストリームピークを同定した。
• 径方向磁場成分（BR/B）の逆転およびαプロトン速度差（Vap）を用いてスイッチバックの兆候を追跡した。
• 特に複数の磁場逆転を示す期間において、マイクロストリームピークとスイッチバックの時間的系列を相関させた。
• 長期間にわたる太陽風プロファイルを用いて、スイッチバックパッチとマイクロストリーム持続時間との空間的・時間的整合性を評価した。
• パーセル・スペースプローブ（PSP）の観測でスイッチバックが断続的なパッチとして観測されたことに鑑み、X線ジェット起源仮説を再検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 極域太陽風におけるマイクロストリーム速度ピークは、スイッチバック構造と一致するか？
• RQ2 マイクロストリームの持続時間と振幅は、単一のイベントではなく、スイッチバックのクラスタによって説明可能か？
• RQ3 コロナルX線ジェットとスイッチバックの間に因果関係があるか？ もしあるなら、それらはどのようにマイクロストリームを生成するか？
• RQ4 数時間にわたる繰り返し発生するミニフィラメント／フラックスロープの爆発が、マイクロストリームピークの形成を説明できるか？
• RQ5 スイッチバックの空間スケールは、スーパークランプルやコロナ層のスパイラルと比較してどの程度か？

主な発見

• 極域太陽風におけるマイクロストリームピークは、BR/BおよびVapの同時逆転によって示されるように、スイッチバックの連続的発生と強く相関している。
• マイクロストリームピークの大部分（1994年南極通過時で100％）は、速度プロファイルにおける赤丸（BR > 0）で示されるスイッチバックイベントに関連していた。
• 個々のイベントではなく、数時間にわたる持続するスイッチバックパッチがマイクロストリーム形成の原因であり、持続時間は通常のマイクロストリームピーク（約3–10時間）と一致した。
• ユリシーズが太陽に近づくにつれて、アルベールド速度は約35から約42 km s⁻¹に増加し、スイッチバック期間と静穏期間との間の速度分散もそれに応じて増加した。これは、アルベールド的摂動と整合的であった。
• 観測されたスイッチバックは、約80°以上の回転角を示しており、PSPが35–50 Rsで観測した径方向進化傾向と一致した。
• スイッチバックの空間スケール（約30,000 km）はスーパークランプルのサイズと一致し、より小さなスケールのスイッチバック（約1,000 km）は、コロナ層スパイラルやミニフィラメントの爆発に関連している可能性がある。