[논문 리뷰] Interplanetary Consequences of Coronal Mass Ejection Events occurred during 18--25 June 2015

P. K. Manoharan, D. Maia외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 11.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 2015년 6월 18~25일 동안의 다섯 개의 빠른 코로나 질량 방출(CME)의 행성간 전파를 인터플라네파이어 스캐터링(IPS) 영상, 1 AU 현장 측정값, 화이트 라이트 코로나그래프 데이터를 사용하여 분석한다. 연구 결과, 낮은 속도의 배경 태양풍에도 불구하고 CME는 큰 행성간 거리 동안 높은 속도(300–1000 km/s)를 유지하였으며, 배경 바람의 저항력이 느슨하게 작용하여 속도 감속이 이루어지지 않았고, 충격은 CME 중심부뿐 아니라 가장자리에서도 형성됨을 확인하였다.

ABSTRACT

In this paper, we review the preliminary results on the propagation effects and interplanetary consequences of fast and wide coronal mass ejection (CME) events, occurred during 18--25 June 2015, in the Sun-Earth distance range. The interplanetary scintillation (IPS) images reveal that the large-scale structures of CME-driven disturbances filled nearly the entire inner heliosphere with a range of speeds, $\sim$300--1000 {\kmps}. The comparison of speed data sets, from IPS technique results in the inner heliosphere and {\it in-situ} measurements at 1 AU, indicates that the drag force imposed by the low-speed wind dominated heliosphere on the propagation of CMEs may not be effective. The arrival of shocks at 1 AU suggests that a shock can be driven in the interplanetary medium by the central part of the moving CME and also by a different part away from its centre. The increased flux of proton at energies $>$10 MeV is consistent with the acceleration of particles by the shock ahead of the CME.

연구 동기 및 목표

• 2015년 6월 18~25일 동안 태양-지구 거리 범위에서 빠르고 넓은 CME의 행성간 영향을 조사하기 위해.
• 50 태양반지름 이상의 거리에서 IPS 영상 기반으로 CME 유도 장애물의 반경 방향 진화를 평가하기 위해.
• 저활동 태양활동 주기 단계에서 배경 태양풍 저항력이 CME를 둔화시키는 데 얼마나 효과적인지 평가하기 위해.
• 강력한 2003년 10월 폭풍 기간 동안의 CME 특성과 비교하기 위해.
• CME 앞부분에 충격이 형성되는 조건와 입자 가속화 과정과의 관계를 규명하기 위해.

제안 방법

• 2015년 6월 19~26일 동안 오티 라디오 천체망원경에서의 IPS 영상은 내부 행성간 공간(50–200 R⊙)에서 태양풍 속도 및 밀도 난류(g-지수)를 매핑하는 데 사용되었다.
• SOHO/LASCO 코로나그래프(C2 및 C3)의 화이트 라이트 영상은 사건 기간 동안 CME의 형태, 속도, 방향성을 확인하는 데 사용되었다.
• 1 AU에서의 OMNI 데이터베이스로부터의 현장 태양풍 속도 및 자기장 데이터는 IPS 유도 속도와 비교하고 CME 진화를 평가하는 데 분석되었다.
• 형광파 타입-II 방출 속도는 CME 속도와 교차 분석되어 충격 형성 및 입자 가속화 과정을 추론하는 데 사용되었다.
• IPS 및 현장 데이터의 속도 분포를 비교하여 반경 방향 진화 및 저항 효율성을 평가하였다.
• 2015년 6월 19~27일 동안의 태양풍 속도 통계 히스토GRAM을 작성하고, 고활동 2003년 10월 폭풍 기간과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저활동 태양활동 주기 단계에서 빠른 CME는 내부 행성간 공간을 어떻게 전파되는가?
• RQ2 배경 태양풍 속도가 낮을 경우(~275–375 km/s)에 배경 바람의 저항력이 CME를 얼마나 둔화시키는가?
• RQ3 행성간 매체에서 충격은 어디에, 어떻게 형성되는가—특히 중심부가 아닌 가장자리에서 형성되는가?
• RQ4 CME 유도 장애물과 10 MeV 이상의 에너지를 가진 프로톤 플럭스 증가 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ5 2015년의 CME 반경 방향 진화 및 속도 프로파일은 강력한 2003년 10월 태양폭풍 기간 동안의 것과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 내부 행성간 공간(50–200 R⊙)은 밀도 난류(ΔNe) 수준이 높고 속도가 약 ~300에서 1000 km/s 사이인 CME 유도 장애물에 의해 가득 차 있었다.
• 낮은 배경 태양풍 속도(~275–375 km/s)에도 불구하고 CME는 큰 거리에 걸쳐 높은 속도를 유지하였으며, 이는 배경 바람의 저항력이 속도 감속에 효과적이지 않았음을 시사한다.
• 충격 형성은 CME 중심부 뿐 아니라 가장자리에서도 발생하였으며, 1 AU에서 다중 충격 도착 및 연관된 타입-II 방출파로 인해 뒷받침되었다.
• 10 MeV 이상의 에너지를 가진 프로톤 플럭스 증가 현상은 CME 앞부분에 위치한 충격에 의한 입자 가속화와 일치한다.
• IPS 및 1 AU 현장 측정값의 속도 분포는 데이터 포인트의 상당 부분이 500 km/s 이상에 위치해 있음을 보여주며, 지속적인 고속 전파를 확인한다.
• 2003년 10월 폭풍 사건보다 초기 속도가 낮았음에도 불구하고 2015년 CME는 예상보다 높은 속도를 유지하였으며, 이는 내부 에너지 및 자기 구조가 저항 효과를 초월해 반경 방향 진화에 핵심적인 역할을 한다는 것을 시사한다.