[論文レビュー] What does helioseismology tell us about solar cycle related structural changes in the Sun?

Sarbani Basu|arXiv (Cornell University)|May 3, 2002

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、GONGおよびSOHO/MDIのヘルモセイスミックデータを用いて、太陽の周期的構造的変化を調査する。周波数および分裂係数の変化は、主に表面近傍の磁気活動に起因し、0.95 R⊙までの太陽内部では顕著な構造的進化は検出されなかった。表面および表面近傍の力学的変化は測定可能であるが、内部構造の変化は認められない。

ABSTRACT

Solar oscillations frequencies show a distinct change with solar activity. The changes in frequencies can be used to study the time variation of solar structure. We discuss constraints on the changes in solar structure with time as obtained with helioseismic data covering the last six years. The frequency variations appear to be dominated by changes in the near-surface layers rather than by changes in the structure of the deeper layers.

研究の動機と目的

• ヘルモセイスミックデータを用いて、太陽周期の変化が太陽内部に顕著な構造的変化を引き起こすかどうかを特定すること。
• 表面近傍の磁場と力学が、振動周波数および分裂係数をどのように制御しているかを評価すること。
• 複数の太陽活動周期にわたる周波数データの逆問題を用いて、太陽構造の変化が検出可能かどうかをテストすること。
• 現在の逆問題手法が、太陽活動に関連する浅い構造的変化をどれだけ信頼性を持って解明できるかを評価すること。

提案手法

• 6年間の太陽活動をカバーするGONGおよびSOHO/MDIデータからの太陽振動周波数および分裂係数の分析。
• 周波数分裂をパラメータライズするためのa-mode分解および分裂係数形式（a_j(n,l)）の使用により、球対称性の破れを検出する。
• 周波数データの逆問題を用いて、時間依存の音速および流れのプロファイルを再構築し、半径方向の深さまで0.95 R⊙に焦点を当てる。
• 表面項補正を観測された表面磁場分布と比較し、表面近傍の影響を分離する。
• モード慣性の影響を除去するための周波数スケーリングを適用し、構造的変化の明確な特定を可能にする。
• 時系列解析を用いて、周波数シフトと10.7 cm電波フレックスや sunspot number などの太陽活動インデックスとの相関を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽振動周波数および分裂係数は太陽周期に伴って体系的に変化するか？ もし変化するならば、それらの変化は内部構造的変化を何を示唆するか？
• RQ2 ヘルモセイスミック係数の変化は、深部内部の構造的進化に起因するのか、それとも表面近傍の力学および磁場に起因するのか？
• RQ3 現在の逆問題手法は、対流圏および光球下部付近の太陽内部における構造的変化をどの程度検出可能か？
• RQ4 周波数逆問題における表面項は、表面磁場分布と相関しているか？ これにより、磁場が周波数シフトに直接的な役割を果たしている可能性が示唆されるか？
• RQ5 ゾーナルおよびミリドナル流れは、構造的変化とは独立して、太陽活動と相関する時間依存的変化を示すか？

主な発見

• 周波数の変化は太陽活動インデックスと強く相関しており、初期の BiSON データではピークtoピークの振幅が 0.46 ± 0.106 μHz に観測された。
• 偶数次の分裂係数（a_j）の変化は、太陽磁場の対応する成分と線形相関しており、直接的な磁場の影響を示している。
• 逆問題から導かれた表面項は、表面磁場の緯度分布と明確に相関しており、周波数シフトの表面近傍起源を確認している。
• 音速および流れのプロファイルの逆問題により、0.95 R⊙までの太陽内部に顕著な構造的変化は検出されなかった。
• 緯度依存の音速プロファイルは時間経過に対して変化がなく、対流圏における大規模な構造的進化がないことを示している。
• ゾーナルおよびミリドナル流れは時間依存的挙動を示しており、低緯度帯の赤道方向への移動および高活動期における流れ速度の低下が観測された。