[논문 리뷰] Forbush Decreases during the DeepMin and MiniMax of Solar Cycle 24

Dimitra Lingri, H. Mavromichalaki외 5명|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 28.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 태양활동주기 24의 깊은 최소기 및 소최대기 단계 동안 2008년 1월부터 2014년 12월까지 은하간 자기복사선 강도의 749건의 포르비시 감소(FDs)를 중성자 모니터 데이터와 IZMIRAN FD 데이터베이스를 사용하여 분석한다. 특정 비상장도에서의 자기복사선 강도 전감소 신호를 식별함으로써 FD 예측 도구를 제공하며, 고이ソ트로피 이벤트 58건 중 7건에서 검출 가능한 전조 신호를 관찰했고, 2014년에만 전체 FD의 45%가 발생했다.

ABSTRACT

After a prolong and deep solar minimum at the end of solar cycle 23, the current cycle 24 is one of the lowest cycles. The two periods of deep minimum and mini-maximum of the cycle 24 are connected by a period of increasing solar activity. In this work, the Forbush decreases of cosmic ray intensity during the period from January 2008 to December 2014 are studied. A statistical analysis of 749 events using the IZMIRAN database of Forbush effects obtained by processing the data of the worldwide neutron monitor network using the global survey method is performed. A further study of the events that happened on the Sun and affected the interplanetary space, and finally provoked the decreases of the galactic cosmic rays near Earth is performed. A statistical analysis of the amplitude of the cosmic ray decreases with solar and geomagnetic parameters is carried out. The results will be useful for space weather studies and especially for Forbush decreases forecasting.

연구 동기 및 목표

• 태양활동주기 24의 저활동 단계인 깊은 최소기 및 소최대기 동안 자기복사선 강도의 포르비시 감소(FDs)의 통계적 행동을 조사하기 위해.
• FD의 진폭과 CME 속도, 태양풍 속도, 지구자기지수(Dst)와 같은 태양 및 행성간 매개변수 간의 관계를 검토하기 위해.
• FD의 조기 예측이 가능하도록 하기 위해, 특히 자기복사선 강도의 전감소 및 전증가와 같은 전조 신호를 식별하고 특성화하기 위해.
• 고해상도 중성자 모니터 데이터를 사용하여 충격 도착 이전에 비정상적인 자기복사선 이소otropic도를 탐지하는 데에 레인지 오브 스테이션(Ring of Stations, RS) 방법의 효과성을 평가하기 위해.

제안 방법

• NMDB 데이터베이스를 통해 전 세계 50개 지점의 시간당 압력 보정된 자기복사선 강도 데이터를 활용하였다.
• 10 GV의 강성에서 자기복사선 이소otropic도의 첫 번째 조화함수를 계산하기 위해 글로벌 서베이 방법(GSM)을 적용하였다.
• IZMIRAN 데이터베이스에서 진폭 >2%인 FD 이벤트를 추출하였으며, 상세 분석을 위해 114건의 진폭 >2% 및 15건의 진폭 >5% 이벤트를 선별하였다.
• 이소otropic도 임계값(Axy > 0.9%)을 설정하고 충격 도착 이전에 안정된 행성간 조건이 유지되어야 하는 조건 하에, 레인지 오브 스테이션(RS) 방법을 사용하여 경로별 전조 패tern을 탐지하였다.
• FD 이벤트를 태양 및 행성간 데이터와 관련지어 분석하였으며, CME(소호/LASCO), 태양 플레어(GOES), ACE/Wind 및 OMNI 데이터베이스의 IMF 매개변수를 포함하였다.
• 사례 연구로 2013년 3월 17일 이벤트를 선정하였으며, 비상장도-시간 다이어그램과 이소otropic도 프로파일을 사용하여 전조 행동을 시각화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양활동주기 24의 깊은 최소기 및 소최대기 동안 자기복사선 강도의 포르비시 감소의 통계적 분포는 어떠한가?
• RQ2 FD의 진폭은 태양풍 속도, CME 속도, Dst와 같은 지구자기지수와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ3 자기복사선 강도의 전감소 및 전증가와 같은 전조 신호가 FD 발생 이전에 신뢰성 있게 탐지될 수 있는가?
• RQ4 비정상적인 자기복사선 이소otropic도 수준(Axy > 0.9%)이 FD 이벤트 이전에 얼마나 자주 나타나며, 행성간 충격 도착과의 관련성은 어떠한가?
• RQ5 CME와 관련된 충격은 어떤 역할을 하여 대규모 FD를 유도하는가? 그 성질은 FD의 진폭에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 2008년부터 2014년까지 기록된 749건의 FD 이벤트 중 진폭 >2%인 것은 114건 뿐이며, 이 중 90건이 소최대기(2012–2014) 동안 발생했고, 이 중 45%인 45건이 2014년 한 해에만 발생했다.
• FD의 진폭과 태양풍 또는 CME 속도 사이에 강한 상관관계는 발견되지 않아, 자기장 구조나 충격 기하학 등 다른 요소가 진폭 변동을 주도할 수 있음을 시사한다.
• 이소otropic도 기준(Axy > 0.9%)을 충족하는 58건의 FD 이벤트 중 전조 신호가 검출된 것은 7건 뿐이었으며, 이는 전조 신호가 드물지만 예측에 유용할 수 있음을 시사한다.
• 2013년 3월 17일 이벤트는 명확한 전조 신호를 보였다: 0°–180°의 좁은 경도 범위에서 충격 도착 약 24시간 전에 자기복사선 강도가 2.25% 이상 감소하였다.
• 2013년 3월 17일 이벤트의 FD 진폭은 10 GV에서 4.6%였으며, 강력한 행성간 충격과 관련된 Dst 침하 -75 nT와 일치하였다.
• 전감소는 좁은 경도 영역에서 발생한 반면, 전증가는 넓은 지역에서 관측되어, 충격 통과 이전에 국소적이고 방향성 있는 자기복사선 조절이 있었음을 지지한다.