[論文レビュー] The intensity contrast of solar photospheric faculae and network elements II. Evolution over the rising phase of solar cycle 23

A. Ortiz, V. Domingo+1 more|ArXiv.org|Feb 25, 2006

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 42被引用数 14

ひとこと要約

本研究は、太陽系23周期の上行期（1996–2001年）にわたり、SOHO/MDIデータを用いて太陽光球のフラクタルおよび磁気ネットワーク要素の強度対比を分析している。対比の中心対縁変化（CLV）は時間経過に伴い安定しており、10%の精度を示し、磁気方位角および磁場強度の関数として対比を予測するためのμ²–B³経験的モデルの妥当性を検証した。その結果、周期全体を通じてネットワークフラックスチューブは活発領域のフラクタルよりも高い固有対比を示すことが確認された。

ABSTRACT

We studied the radiative properties of small magnetic elements (active region faculae and the network) during the rising phase of solar cycle 23 from 1996 to 2001, determining their contrasts as a function of heliocentric angle, magnetogram signal, and the solar cycle phase. We combined near-simultaneous full disk images of the line-of-sight magnetic field and photospheric continuum intensity provided by the MDI instrument on board the SOHO spacecraft. Sorting the magnetogram signal into different ranges allowed us to distinguish between the contrast of different magnetic structures. We find that the contrast center-to-limb variation (CLV) of these small magnetic elements is independent of time with a 10% precision, when measured during the rising phase of solar cycle 23. A 2-dimensional empirical expression for the contrast of photospheric features as a function of both the position on the disk and the averaged magnetic field strength was determined, showing its validity through the studied time period. A study of the relationship between magnetogram signal and the peak contrasts shows that the intrinsic contrast (maximum contrast per unit of magnetic flux) of network flux tubes is higher than that of active region faculae during the solar cycle.

研究の動機と目的

• 太陽系23周期の上行期にわたり、小規模な光球磁気特徴体（フラクタルおよびネットワーク要素）の強度対比がどのように変化するかを調査すること。
• これらの特徴体における中心対縁変化（CLV）が太陽周期の段階に応じて変化するかどうかを特定すること。
• 磁場強度およびディスク位置に応じて対比を予測するためのμ²–B³経験的モデルの妥当性を評価すること。
• 対比および太陽放射輝度変動への寄与を踏まえて、ネットワークフラックスチューブと活発領域フラクタルの固有放射特性を比較すること。
• 長期的な放射輝度モデリングに不可欠な、機器のバックグラウンドおよびノイズレベルの時間的安定性を評価すること。

提案手法

• 1996年から2001年までにわたり、SOHOのMDI機器から得られた、ほぼ同時刻の全ディスク磁気マップおよび連続スペクトル強度画像を用いた。
• 磁気マップ信号を離散的な範囲に分類し、磁場強度に基づいてネットワーク要素と活発領域フラクタルを区別した。
• 観測データから導出された、磁気方位角（μ）および平均磁場強度（B）の関数として対比を記述するためのμ²–B³経験的モデルを適用した。
• 異なる磁場信号バインの対比の中心対縁変化（CLV）を計算し、太陽周期全体にわたり比較した。
• 固有明るさの差を評価するために、特定対比（単位磁気フラックスあたりの最大対比）を算出した。
• 10%の不確実性しきい値を用いて、モデルの安定性を確認し、太陽系23周期の上行期全体にわたって一貫性があるかをテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽系23周期の上行期にわたり、光球磁気特徴体における強度対比の中心対縁変化（CLV）は変化するか？
• RQ2 対比のμ²–B³経験的モデルは、太陽活動に応じて変化するのか、それとも周期全体にわたり有効であるのか？
• RQ3 時間経過に伴って、ネットワークフラックスチューブの固有対比（特定対比）は活発領域フラクタルと比べてどうなるか？
• RQ4 ネットワーク要素の分布の変化が、太陽放射輝度変動にどの程度寄与するか？
• RQ5 MDIデータにおける機器のバックグラウンドおよびノイズレベルの時間的安定性はどの程度で、長期的な放射特性測定にどのような影響を及えるか？

主な発見

• 小規模な磁気特徴体における強度対比の中心対縁変化（CLV）は、太陽系23周期の上行期にわたり安定しており、±10%の精度を示している。
• μ²–B³経験的モデルは、太陽ディスク全体および時間経過にわたり、光球特徴体の対比を正確に予測でき、周期の上行期における有効性が確認された。
• ネットワークフラックスチューブは、活発領域フラクタルよりも高い固有対比（特定対比）を示しており、単位磁気フラックスあたりの明るさが本質的に高いことが示された。
• ネットワーク要素の対比は、すべてのディスク位置（μ値）で正のまま維持されており、ディスク回転の各段階において、全太陽放射輝度に正の寄与をしている。
• 大きな磁気構造（例：活発領域フラクタル）は、縁に近い低いμ値付近で対比ピークを示しており、縁付近の明るみの理論的期待と整合的である。
• CLVおよびμ²–B³モデルの安定性から、この期間にわたり、下位のフラックスチューブの物理的性質が太陽周期の段階に応じて顕著に変化していないことが示唆された。