[論文レビュー] The Solar and Geomagnetic Storms in May 2024: A Flash Data Report

Hisashi Hayakawa, Yusuke Ebihara+17 more|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2024

Earthquake Detection and Analysis被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、ICMEイベント、磁気圏圧縮、オーロラの拡張、イオノスフェアの増強を含む、2024年5月の太陽活動の発生と、それに起因する極端な地磁気嵐を、複数の機器観測を用いて定量化して報告しています。

ABSTRACT

In May 2024, the scientific community observed intense solar eruptions that resulted in a great geomagnetic storm and auroral extension, highlighting the need to document and quantify these events. This study mainly focuses on their quantification. The source active region (AR 13664) evolved from 113 to 2761 millionths of the solar hemisphere between 4 May and 14 May. AR 13664's magnetic free energy surpassed 10^33 erg on 7 May, triggering 12 X-class flares on 8 -- 15 May. Multiple interplanetary coronal mass ejections (ICMEs) were produced from this AR, accelerating solar energetic particles toward Earth. According to satellite and interplanetary scintillation data, at least 4 ICMEs erupted from 13664 eventually overcoming each other and combining. The shock arrival at 17:05 UT on 10 May significantly compressed the magnetosphere down to ~ 5.04 RE, and triggered a deep Forbush Decrease. GOES satellite data and ground-based neutron monitors confirmed a ground-level enhancement from 2 UT to 10 UT on 11 May 2024. The ICMEs induced exceptional geomagnetic storms, peaking at a Dst index of -412 nT at 2 UT on 11 May, marking the sixth-largest storm since 1957. The AE and AL indices showed great auroral extensions that located the AE/AL stations into the polar cap. We gathered auroral records at that time and reconstructed the equatorward boundary of the visual auroral oval to 29.8° invariant latitude. We compared naked-eye and camera auroral visibility, providing critical caveats on their difference. We also confirmed global enhancements of storm-enhanced density of the ionosphere.

研究の動機と目的

• 2024年5月のAR 13664での太陽活動の定量化。
• 地磁気嵐へと繋がる間作円(Graphics)CMEsとその相互作用の特徴付け。
• イベント中に観測された磁気圏応答とオーロラの拡張の記述。
• 現地・宇宙機観測によるオーロラの可視性およびイオノスフェア増強の観測の評価。
• 裸眼とカメラによるオーロラ記録の比較における注意点の提供。

提案手法

• 4 Mayから14 MayまでのAR 13664の進化を追跡し、7 Mayに磁気自由エネルギー>10^33 ergを推定。
• 衛星・電波減衰・地上ネットワークからのデータを収集・分析し、ICMEイベントとその相互作用を特定・時系列化（少なくとも4つのICME噴出が合体）。
• GOES、ニュートロンモニター、オーロラ観測を用いて地表増強とオーロラの範囲を同定。
• 可視オーロラオーバルの赤道寄り境界を29.8°不変緯度まで再構成。
• 裸眼とカメラによるオーロラ観測を比較し、可視性の caveatsを議論。
• イベント中のイオノスフェア嵐増強密度を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AR 13664のMay 2024における太陽 eruptionsの系列と進化はどのようであったか？
• RQ2 複数のICMEがどのように相互作用・合体して地磁気嵐を生み出したか？
• RQ3 これらのイベントの磁気圏への影響（例：Dst、オーロラの拡張）はどのようであったか？
• RQ4 オーロラの視認性と位置は、実測光学および機器測定とどう関連していたか？
• RQ5 嵐に伴うイオノスフェアの応答（例：嵐増強密度）は何か？

主な発見

• AR 13664は5月7日までに磁気自由エネルギーが10^33 erg超へと進化し、5月8〜15日の間に12個のXクラスフレアを生み出した。
• AR 13664から少なくとも4つのICMEが噴出し、合体して強い惑星間嵐を生じさせた。
• ショックは5月10日17:05 UTに到来し、磁気圏を約5.04地球半径へ圧縮し、深いフォーブッシュ減少を引き起こした。
• 11 Mayの2 UTから10 UTに地表増強が観測され、GOESとニュートロンモニターで裏付けられた。
• 嵐は11 Mayの2 UTにDstが−412 nTでピークを迎え、1957年以降の6番目に大きいもので、オーロラの広範な拡張を伴った。
• 可視オーロラオーバルの赤道寄り境界を29.8°不変緯度まで再構成することを可能にしたオーロラ観測。
• イオノスフェアの嵐増強密度の全球的な増強を確認。