[논문 리뷰] Coronal Photopolarimetry with the LASCO-C2 Coronagraph over 24 Years [1996-2019] -- Application to the K/F Separation and to the Determination of the Electron Density

P. Lamy, A. Llébaria외 4명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 16.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 34인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 1996–2019년 동안의 LASCO-C2 코로나그래프 편광 데이터를 보정하고 재처리하여 K- 및 F-코로나 성분을 정확히 분리하고 전자 밀도를 정밀하게 추출할 수 있도록 한다. 기구적 편광 오차, 거울의 이방성, 노출 시간 변화 등의 문제를 광범위한 기구 내 및 지상 보정을 통해 해결함으로써, 저자들은 향후 3차원 전자 밀도 단층촬영 및 태양 코로나 모델링에 필수적인 검증된 고해상도 편광 데이터셋을 확보하였다.

ABSTRACT

We present an in-depth characterization of the polarimetric channel of the Large-Angle Spectrometric COronagraph LASCO-C2 onboard the Solar and Heliospheric Observatory (SoHO). The polarimetric analysis of the white-light images makes use of polarized sequences composed of three images obtained though three polarizers oriented at +60°, 0° and -60°, complemented by a neighboring unpolarized image, and relies on the formalism of Mueller. The Mueller matrix characterizing the C2 instrument was obtained through extensive ground-based calibrations of the optical components and global laboratory tests. Additional critical corrections were derived from in-flight tests relying prominently on roll sequences and on consistency criteria, mainly the tangential direction of polarization. Our final results encompass the characterization of the polarization of the white-light corona, of its polarized radiance, of the two-dimensional electron density, and of the K-corona over two solar cycles. They are in excellent agreement with measurements obtained at several solar eclipses except for slight discrepancies affecting the innermost part of the C2 field-of-view, probably resulting from an imperfect removal of the bright diffraction fringe surrounding the occulter.

연구 동기 및 목표

• 이전의 편광 측정을 손상시킨 LASCO-C2 코로나그래프 데이터 내 장기적인 기구적 편광 오차를 보정하기 위해.
• 보정된 편광 데이터를 사용하여 K-코로나( Thomson 산란 빛)와 F-코로나(광구 반사 빛) 성분을 정확히 분리할 수 있도록 하기 위해.
• 기존 물리 모델을 활용하여 보정된 편광 밝기(pB) 측정치에서 코로나 전자 밀도 분포를 추출하기 위해.
• 일식 관측 결과와의 비교 및 Thomson 산란 이론과의 일致성 검증을 통해 보정된 데이터의 타당성을 입증하기 위해.
• 시간에 따라 변화하는 복원 방법을 활용한 향후 3차원 전자 밀도 단층촬영을 위한 신뢰할 수 있는 기초를 제공하기 위해.

제안 방법

• 3개의 폴라로이드 필름 분석기 시스템으로 인해 발생하는 기구적 편광 및 비균일한 반응을 보정하기 위한 종합적 보정 프레임워크의 적용.
• 광학 경로 내 이중 굴절 거울이 유도하는 편광 오차를 모델링하고 보정하기.
• 각 검출기 채널에 대해 파장에 따라 달라지는 Mueller 행렬 보정을 위해 기구 내 및 지상 보정 데이터를 활용하여 결정 및 적용하기.
• 노출 시간 정규화 및 광도 보정을 통해 24년에 걸친 장기적 편광 측정치의 안정성 확보.
• 내부 코로나에서의 일식 관측 결과와의 비교 및 Thomson 산란 이론과의 일치성 검증을 통한 결과 검증, 특히 내부 코로나 영역에서의 검증.
• 향후 응용 경로로써 Vibert 등(2016)이 제안한 시간에 따라 변화하는 단층촬영 방법을 채택하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LASCO-C2의 편광 시스템 내 기구적 요소가 태양 코로나의 진정한 편광 상태를 얼마나 심하게 왜곡시키는가?
• RQ2 보정된 LASCO-C2 편광 데이터를 사용하여 전체 태양활동주기 동안 K- 및 F-코로나 성분을 신뢰성 있게 분리할 수 있는가?
• RQ3 외부 코로나에서 보정된 편광 밝기(pB) 측정치로부터 전자 밀도를 얼마나 정확히 추출할 수 있는가?
• RQ4 코로나 내 장기적인 편광 추세는 총 광구 자기장 변화와 얼마나 상관관계가 있는가?
• RQ5 기본적인 Solarsoft 처리 파ipeline이 보정된 방법에 비해 LASCO-C2의 신뢰할 수 있는 편광 결과를 얼마나 잘 도출하는가?

주요 결과

• 저자들은 LASCO-C2에서 주요 기구적 편광 오차(폴라로이드 필름 및 굴절 거울에 기인)를 성공적으로 보정하여 24년에 걸친 정확한 편광 측정이 가능해졌으며.
• 보정된 데이터는 편광 밝기와 총 광구 자기장 간에 강한 상관관계를 보이며, 자기장이 코로나 구조 변화에 기여한다는 것을 확인한다.
• K/F 분리가 높은 정밀도로 이루어져 태양활동주기 24기의 동안 북극과 남극 코로나 영역 간에 뚜렷한 비대칭성이 드러났다.
• 특히 편광 상태의 탄성 방향이 신뢰성 있게 회복되었으며, 이는 내부 코로나 영역에서 Thomson 산란 이론의 적용 가능성을 검증한다.
• 기본적인 Solarsoft 처리 파이프라인은 근본적으로 잘못되어 있으며, 정확한 편광 결과를 도출하지 못하며, 부분적인 보정만 수행하고 있다.
• 보정된 데이터셋은 시간에 따라 변화하는 단층촬영 방법을 활용한 고급 3차원 전자 밀도 복원에 적합하며, 높은 품질의 복합 이미지 생성 가능성도 입증되었다.