[論文レビュー] Three Cycles of the Solar Toroidal Magnetic Field and This Peculiar Minimum

Leyan Lo, J. T. Hoeksema+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2010

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、WSOの34年間およびSOHO/MDIの13年間の太陽磁気計データを分析し、太陽の縦磁場の傾き角を追跡した。その結果、24番目の太陽黒spot周期は2003–2004年に高緯度北半球で始まったことが明らかになった。現在の最小期において極領域の磁場が著しく弱いにもかかわらず、縦磁場の進化は過去の周期と類似しており、縦磁場の挙動とその後の最小期の期間や強度との間に明確な相関は認められなかった。

ABSTRACT

Thirty-four years of WSO (Wilcox Solar Observatory) and thirteen years of SOHO/MDI (Michelson Doppler Imager on the Solar and Heliospheric Observatory) magnetograms have been studied to measure the east-west inclination angle, indicating the toroidal component of the photospheric magnetic field. This analysis reveals that the large-scale toroidal component of the global magnetic field is antisymmetric around the equator and reverses direction in regions associated with flux from one solar cycle compared to the next. The toroidal field revealed the first early signs of cycle 24 at high latitudes, especially in the northern hemisphere, appearing as far back as 2003 in the WSO data and 2004 in MDI. As in previous cycles, the feature moves gradually equatorward. Cycles overlap and the pattern associated with each cycle lasts about 17 years. Even though the polar field at the current solar minimum is significantly lower than the three previous minima, the toroidal field pattern is similar.

研究の動機と目的

• 太陽黒spot周期24の異常な太陽最小期中に、縦磁場が特異な挙動を示したかどうかを調査すること。
• 24番目の周期の縦磁場パターンの早期出現が、最小期に観測された著しく弱い極領域磁場と相関しているかどうかを特定すること。
• 線形視線磁場計から導かれる縦磁場の傾き角が、裏側のダイナモ過程を信頼性高く反映しているかどうかを評価すること。
• WSOとSOHO/MDIデータを比較し、一貫性を評価するとともに、特にMDIデータにおける機器由来のアーティファクトを特定すること。
• 縦磁場の赤道方向への移動の時間的変化と、22年周期の磁場サイクルとの関係を検討すること。

提案手法

• 各カーレッジング回転ごとに、太陽表面全域の線形視線磁場データ（B_l）を用いて、光球の磁場の東西方向の傾き角αを測定した。
• B_l(θ) = A cos(θ + α) に対する正弦曲線フィットを適用し、Shrauner & Scherrer (1994) が導出した最小二乗法の式を用いて平均的な傾き角αを導出した。
• 正負の磁気極性ごとに別々の傾きマップを作成し、その差分を計算することで、縦磁場の東西成分を分離した。
• 経度方向に平均化した傾き差分マップを用いて、両半球の緯度-時間プロット（等高線図および線グラフ）を作成した。
• WSO（1977–2009年）およびMDI（1997–2009年）データを用いて、3つの太陽周期にわたる縦磁場特徴の出現および赤道方向への移動を追跡した。
• MDIデータの潜在的なアーティファクトを是正するため、WSOデータと比較し、2003年以降に発生するSOHO宇宙船の回転に起因する周期的ノイズを同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 24番目の太陽黒spot周期の異常に弱い太陽最小期中に、縦磁場が特異な挙動を示したか？
• RQ2 24番目の周期の縦磁場の最初の兆候は、光球データでいつ観測されたか？
• RQ3 24番目の周期の縦磁場の傾き角の進化は、前回の2周期と比較してどのように異なっているか？
• RQ4 MDIデータにおける機器由来の影響が、縦磁場の傾き角測定にどの程度歪みをもたらしているか？
• RQ5 観測された縦磁場パターンは、22年周期を予測する太陽ダイナモモデルと整合しているか？特に赤道をはさんで反転する磁場の反転性について。

主な発見

• WSOデータによると、24番目の周期に伴う縦磁場は2003年に北半球の高緯度で最初に出現した。MDIデータでは2004年に確認された。
• 24番目の周期の縦磁場パターンの赤道方向への移動は、前回の2周期と同様に17年間の期間を要したが、最小期が長引いたにもかかわらず、その期間は変わらなかった。
• 傾き差分マップから、縦磁場は赤道をはさんで反対称であり、連続する太陽周期間で方向が反転していることが明らかになった。
• 2007年に平均傾き差分の符号が反転したことは、両半球の弱い磁場領域の反転と一致しており、24番目の周期の始まりを示している。
• 現在の最小期における極領域磁場は、過去3回の最小期と比べ著しく弱かったが、最小期への移行に伴う縦磁場パターンは、過去の周期と区別がつかなかった。
• MDIデータはWSOと類似した全体的なパターンを示したが、2003年以降にSOHO宇宙船の回転に起因する周期的ノイズが見られ、高分解能での縦磁場測定におけるキャリブレーションの課題を示唆している。