[논문 리뷰] Are Uranus & Neptune responsible for Solar Grand Minima and Solar Cycle Modulation?

Geoff Sharp|arXiv (Cornell University)|2010. 05. 28.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 8인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 태양계 내 주기적인 운동량(AM) 교란을 통해 천왕성과 해왕성의 중력적 영향이 태양활동 주기 조절과 대규모 침체를 유도한다고 제안한다. JPL DE405 천체운동표 데이터를 분석한 결과, 천왕성-해왕성 정합 주기에 연관된 172년 주기의 교란이 역사적 태양활동 감소와 강하게 상관관계가 있음을 밝혀냈으며, 태양활동 24호기와 25호기의 수면 활동 감소를 예측했다. 이는 달턴 최소기와 유사하다.

ABSTRACT

Detailed solar Angular Momentum (AM) graphs produced from the Jet Propulsion Laboratory (JPL) DE405 ephemeris display cyclic perturbations that show a very strong correlation with prior solar activity slowdowns. These same AM perturbations also occur simultaneously with known solar path changes about the Solar System Barycentre (SSB). The AM perturbations can be measured and quantified allowing analysis of past solar cycle modulations along with the 11,500 year solar proxy records (14C & 10Be). The detailed AM information also displays a recurring wave of modulation that aligns very closely with the observed sunspot record since 1650. The AM perturbation and modulation is a direct product of the outer gas giants (Uranus & Neptune). This information gives the opportunity to predict future grand minima along with normal solar cycle strength with some confidence. A proposed mechanical link between solar activity and planetary influence via a discrepancy found in solar/planet AM along with current AM perturbations indicate solar cycle 24 & 25 will be heavily reduced in sunspot activity resembling a similar pattern to solar cycles 5 & 6 during the Dalton Minimum (1790-1830).

연구 동기 및 목표

• 천왕성과 해왕성이 태양계 내 각운동량(AM) 교란을 통해 태양 대규모 침체와 주기 조절을 유도하는지 조사하기 위해.
• JPL DE405 천체운동표 데이터를 사용해 행성의 AM 변화와 역사적 태양 활동 감소 간의 관계를 정량화하기 위해.
• 행성의 구성과 AM 불일치를 기반으로 향후 태양활동 강도를 예측하는 모델을 개발하기 위해.
• 행성의 중력적 영향과 태양 내부 다이너모 조절 간의 기계적 연결 고리를 스핀-오비트 결합을 통해 탐색하기 위해.

제안 방법

• 태양계의 태양 및 행성의 각운동량(AM)을 기준중심 관성기준에서 계산하기 위해 JPL DE405 천체운동표 데이터를 활용하였다.
• 태양의 AM와 직접 비교할 수 있도록 행성의 AM을 태양중심 기준에서 기준중심 관성기준으로 변환하였다.
• 특히 천왕성-해왕성 정합 기간 동안 태양의 AM가 행성의 AM에서 벗어난 정도를 측정하여 각운동량 교란(AMP)을 식별하였다.
• 행성의 구성과 교란의 형태에 따라 타입 A(강한, 음성의 토성 각도)와 타입 B(약한, 양성의 토성 각도)로 AMP 이벤트를 분류하였다.
• AMP의 시기와 진폭을 역사적 sunspot 기록과 태양 대체 지표(14C, 10Be)와 연관지어 예측의 타당성을 검증하였다.
• 윌슨의 검증법과 레이먼의 수면 활동 수를 적용하여 태양활동 주기 강도를 평가하고 향후 활동 수준을 예측하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 천왕성과 해왕성이 태양활동 대규모 침체와 상관관계가 있는 주기적인 각운동량 교란을 유도하는가?
• RQ2 천왕성과 해왕성의 정합 주기와 연관된 태양활동 조절의 일관된 172년 주기가 존재하는가?
• RQ3 태양과 행성의 궤도적 AM 간의 불일치가 태양 다이너모 활동 변화를 설명할 수 있는가?
• RQ4 타입 A와 타입 B AMP 이벤트가 태양활동 주기 약화의 다른 강도를 반영하는가?
• RQ5 AMP 패tern을 사용해 향후 태양활동 강도와 대규모 침체를 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 천왕성-해왕성 정합으로 인한 172년 주기의 각운동량 교란과 역사적 태양활동 감소 사이에 강한 상관관계가 존재하며, 이는 소규모 얼음 시대와 달턴 최소기를 포함한다.
• 높은 양성 토성 각도를 특징으로 하는 타입 A AMP 이벤트는 스포어 최소기와 소규모 얼음 시대와 같은 가장 심각한 태양 대규모 침체와 일치한다.
• 현재 주기 집단 내 저진폭 AMP 이벤트로 인해 태양활동 24호기와 25호기는 약한 것으로 예측되며, 레이먼의 수면 활동 수에 따르면 수면 수는 50 미만일 것이다.
• 현재 172년 주기 집단 내에서 세 번째 AMP 이벤트가 관측되지 않아, 26호기 동안 태양 활동이 다소 회복될 것으로 예상된다.
• 동일한 관성기준으로 변환된 태양과 행성의 AM 간의 괴리에서, 행성의 AM은 여섯 자리 유효숫자까지 거의 일정하게 유지됨을 확인하였으며, 이는 스핀-오비트 결합이 태양 자전을 조절할 수 있음을 시사한다.
• 향후 예측 결과, 향후 1000년 내에 깊은 대규모 침체가 발생하지 않을 것으로 보이며, 이는 가까운 미래에 안정적인 태양 조건이 유지될 것임을 시사한다.