[論文レビュー] Seething Horizontal Magnetic Fields in the Quiet Solar Photosphere

J. W. Harvey, D. Branston+4 more|CERN Bulletin|Feb 15, 2007

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、SOLISおよびGONGの時間分解能線方向磁気計測データを用いて、静穏太陽光球層に広く存在する動的でほぼ水平な磁場成分を特定した。中程度の解像度の観測により、この磁場は1.5 mHz未満で指数が−1.4のパワーレンジスペクトルを示し、縁平均時間的rmsが1.7 Gに達する強力な時間的変動を示しており、大規模なフラックス接続ではなく、局所的な対流および磁場再構成プロセスによって駆動される広範な泡立ち状の揺らぎを示していることが判明した。

ABSTRACT

The photospheric magnetic field outside of active regions and the network has a ubiquitous and dynamic line-of-sight component that strengthens from disk center to limb as expected for a nearly horizontal orientation. This component shows a striking time variation with an average temporal rms near the limb of 1.7 G at ~3" resolution. In our moderate resolution observations the nearly horizontal component has a frequency variation power law exponent of -1.4 below 1.5 mHz and is spatially patchy on scales up to ~15 arcsec. The field may be a manifestation of changing magnetic connections between eruptions and evolution of small magnetic flux elements in response to convective motions. It shows no detectable latitude or longitude variations.

研究の動機と目的

• 静穏太陽光球層、特に活動領域およびネットワーク領域以外の領域におけるほぼ水平な磁場成分の存在と特性を調査すること。
• 光球磁場の線方向成分の空間的および時間的変動を、円盤中心から縁にかけて特定すること。
• 観測された磁場揺らぎが、局所的な対流運動によるものか、大規模な磁場構造への接続によるものかを評価すること。
• 粒状対流およびスーパークルスターバルク対流が、観測された磁場ダイナミクスの生成および維持に果たす役割を評価すること。
• この磁場がコロナ磁場の外挿や太陽磁気モデルに与える影響を検討すること。

提案手法

• 90 秒間隔のSOLISベクトル分光磁気計測装置（VSM）および10分間隔のGONG機器を用いて、時間系列の線方向磁気計測データを取得した。
• 太陽中心を固定し、太陽自転モデルを用いて共通時間に回転することで、実際の太陽の変動を分離した。
• 線方向磁場変動の時間的パワースペクトルを計算したところ、1.5 mHz未満で指数−1.4のパワーレンジ依存性を示した。
• 空間的および時間的ルート・ミーン・スクエア（rms）変動を計算し、縁平均値として約3″解像度で1.7 Gに達した。
• 個々の磁気計測データから長期平均を差し引いて、動的背景構造を分離し、|B| > 5.5 Gの特徴を除外することで、強いネットワーク磁場によるバイアスを低減した。
• 機器ノイズおよび観測条件の影響をモデル化したところ、半径に応じてゆっくり変化し、縁付近での観測信号への寄与は最小限であった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 静穏太陽光球層におけるほぼ水平な磁場成分の空間的および時間的構造はどのようなものか？
• RQ2 線方向磁場変動の時間的パワースペクトルは、円盤中心から縁にかけてどのように変化するか？
• RQ3 観測された磁場ダイナミクスの揺らぎを引き起こす物理的プロセスは何か？
• RQ4 水平磁場成分の強度は、近隣のネットワーク磁場または大規模な磁場フラックスと相関しているか？
• RQ5 この磁場は、大規模な組織化を示すために赤緯または経度依存性を示しているか？

主な発見

• ほぼ水平な磁場成分は、縁平均時間的rmsが約3″解像度で1.7 Gに達し、2.5″解像度では1.7 Gに増加する、顕著な時間的変動を示した。
• 磁場変動の時間的パワースペクトルは、1.5 mHz未満で指数−1.4のパワーレンジを示し、広帯域の周波数範囲にわたるフラクタル的揺らぎを示している。
• 磁場は空間的に断片的であり、サイズは約3″から約15″の範囲にわたり、数分から15分以上にわたり持続した。
• 赤緯または経度の顕著な変動は検出されず、磁場は大規模な磁場接続性ではなく、局所的プロセスによって駆動されていると考えられる。
• 3 mHzに顕著な過剰なパワーは観測されず、pモード振動はそのダイナミクスにほとんど寄与していないことが示された。
• 磁場は、粒状対流およびスーパークルスターバルク対流に加え、光球内のフラックス分布の変化に応じた磁場線再配置によって駆動されていると考えられる。