[논문 리뷰] How big is the Sun: Solar diameter changes over time

J. P. Rozelot, А. Г. Косовичев외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 18.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 11인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 1996–2017년 동안 SOHO/MDI 및 SDO/HMI 데이터에서 유도된 태양풍의 진동 모드를 이용해 태양의 지름 변화를 분석하며, 지각진동 반경이 태양 활동과 반상적으로 변동하는 것으로 밝혀졌다. 연구 결과는 IAU에서 재검토한 태양 반경을 지지하며, 태양활동 주기를 이끄는 표면 이하 자기장에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

The measurement of the Sun's diameter has been first tackled by the Greek astronomers from a geometric point of view. Their estimation of ~1800", although incorrect, was not truly called into question for several centuries. The first pioneer works for measuring the Sun's diameter with an astrometric precision were made around the year 1660 by Gabriel Mouton, then by Picard and La Hire. A canonical value of the solar radius of 959".63 was adopted by Auwers in 1891. Despite considerable efforts during the second half of the XXth century, involving dedicated space instruments, no consensus was reached on this issue. However, with the advent of high sensitivity instruments on board satellites, such as the Michelson Doppler Imager (MDI) on Solar and Heliospheric Observatory (SoHO) and the Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) aboard NASA's Solar Dynamics Observatory (SDO), it was possible to extract with an unprecedented accuracy the surface gravity oscillation f modes, over nearly two solar cycles, from 1996 to 2017. Their analysis in the range of angular degree l=140-300 shows that the so-called "seismic radius" exhibits a temporal variability in anti-phase with the solar activity. Even if the link between the two radii (photospheric and seismic) can be made only through modeling, such measurements provide an interesting alternative which led to a revision of the standard solar radius by the International Astronomical Union in 2015. This new look on such modern measurements of the Sun's global changes from 1996 to 2017 gives a new way for peering into the solar interior, mainly to better understand the subsurface fields which play an important role in the implementation of the solar cycles.

연구 동기 및 목표

• 고정밀 태양진동 데이터를 이용해 태양 지름의 장기적 변화를 조사하기.
• 지각진동 반경과 태양 활동 주기 간의 관계 평가하기.
• 모델링을 통해 표면 및 지각진동 반경 측정치 간 일관성 평가하기.
• 국제천문학연합(IAU)을 위한 태양 반경의 업데이트된 제약 조건 제공하기.
• 태양활동 주기 동역학에 영향을 주는 표면 이하 자기장의 이해 향상하기.

제안 방법

• 1996~2017년 기간 동안 SOHO/MDI 및 SDO/HMI 기구에서 확보한 f-모드 진동 분석하기.
• 지각진동 반경 변화를 추출하기 위해 각도 차수 l = 140–300에 집중하기.
• 지각진동 반경 추세와 태양 활동 지수를 비교하여 위상 관계 규명하기.
• 관측 차이가 있음에도 불구하고 표면 반경과 지각진동 반경을 연결하기 위해 모델링 활용하기.
• 초정밀 위성 기구를 적용하여 반경 측정의 사상 최고 수준의 정밀도 확보하기.
• 거의 두 개의 태양활동 주기를 아우르는 시간적 분석을 통해 장기적 추세 탐지하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지속적인 지각진동 f-모드를 통해 유추된 태양 지름은 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 지각진동 반경과 태양 활동 간에 측정 가능한 반상적 관계가 존재하는가?
• RQ3 지각진동 반경 측정치가 진정한 태양 반경을 어느 정도 제약할 수 있는가?
• RQ4 표면 이하 자기장은 관측된 반경 변화에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ5 태양진동 데이터는 표면 지름 측정치에 대한 신뢰할 수 있는 대안을 제공할 수 있는가?

주요 결과

• 지각진동 반경은 태양 활동과 반상적으로 변동하며, 활동이 증가할수록 감소한다.
• 관측된 지각진동 반경 변화는 자기장과 관련된 표면 이하 동역학 변화와 일치한다.
• 분석 결과는 국제천문학연합(IAU)이 2015년에 채택한 재검토된 태양 반경 값을 지지한다.
• SOHO/MDI 및 SDO/HMI로부터 확보한 고정밀 데이터 덕분에 미세한 장기적 지름 변화를 탐지할 수 있었다.
• 결과는 태양 내부 구조와 활동 주기를 탐사하는 데 있어 태양진동학의 잠재력을 입증한다.
• 지각진동 반경이 일정하지 않음을 밝혀내어 이전의 태양 크기가 안정적이라는 가정에 도전한다.