[논문 리뷰] Long Term Sunspot Cycle Phase Coherence with Periodic Phase Disruptions

G. E. Pease, Gregory S. Glenn|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 11.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 태양흑점 주기와 태양질량중심 토크 주기 사이의 장기적 위상 일치를 조사하며, 태양흑점 주기의 시기와 진폭을 조절하는 약 179년의 조제 주기( Jose cycle )를 규명한다. 두 개의 179년 간격(1699–1798.3 및 1878.8–1976.1) 동안 흑점 최소기에서 높은 위상 일치와 피크 진폭 상관관계가 관찰되며, 향후 SC28–SC36 주기의 예측 결과 역시 위상 일치와 진폭 상관관계를 보이며, 경험적 토크 자극을 통해 검증된다.

ABSTRACT

In 1965 Paul D. Jose published his discovery that both the motion of the Sun about the center of mass of the solar system and periods comprised of eight Hale magnetic sunspot cycles with a mean period of ~22.37 years have a matching periodicity of ~179 years. We have investigated the implied link between solar barycentric torque cycles and sunspot cycles and have found that the unsigned solar torque values from 1610 to 2057 are consistently phase and magnitude coherent in ~179 year Jose Cycles. We are able to show that there is also a surprisingly high degree of sunspot cycle phase coherence for times of minima in addition to magnitude correlation of peaks between the nine Schwabe sunspot cycles of 1878.8 to 1976.1 (SC12 through SC20) and those of 1699 to 1798.3 (SC[-5] through SC4). We further show that the remaining seven Schwabe cycles in each ~179 year cycle are non-coherent. In addition we have analyzed the empirical solar motion triggers of both sunspot cycle phase coherence and phase disruption, from which we conclude that sunspot cycles SC28 through SC35 (2057 to 2143) will be phase coherent at times of minima and amplitude correlated at maxima with SC12 through SC19 (1878.8-1964.8). The resulting predicted start times +/- 0.9 year, 1 sigma, of future sunspot cycles SC28 to SC36 are tabulated.

연구 동기 및 목표

• 다수의 세기 동안 태양흑점 주기와 태양질량중심 토크 주기 사이의 장기적 위상 일치를 조사하는 것.
• 흑점 주기 시기에서 주기적인 위상 교란이 발생하는지 여부와 그 원인을 규명하는 것.
• 흑점 주기의 위상 일치와 진폭 상관관계를 조절하는 경험적 태양 운동 자극을 규명하는 것.
• 위상 일치 패턴을 이용해 향후 흑점 주기 시작 시기를 고정밀도로 예측하는 것.

제안 방법

• 1610년부터 2057년까지의 부호 없는 태양 토크 값 분석을 통해 주기성과 흑점 주기와의 일치성을 규명하는 것.
• 두 개의 179년 간격(1699–1798.3, SC[-5]에서 SC4까지; 1878.8–1976.1, SC12에서 SC20까지) 동안 흑점 주기 최소기와 최대기 사이의 상관관계 분석.
• 각 179년 주기당 나머지 일곱 개의 쇼와베 주기에서 위상 일치가 없음을 확인하여 비일치를 나타내는 것.
• 질량중심 토크에서 유도된 경험적 태양 운동 자극을 사용하여 향후 SC28–SC36 주기의 위상 일치를 예측하는 것.
• 주기 시작 시기의 1 표준편차 불확실성(±0.9년)을 사용한 통계적 검증.
• 표와 데이터의 날짜 오류 수정으로 최종 버전(v3)에서 결과의 불확실성을 감소시킴.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다수의 179년 조제 주기 동안 태양흑점 주기 최소기에서 장기적 위상 일치가 존재하는가?
• RQ2 흑점 주기에서 위상 일치와 교란을 유도하는 경험적 태양 운동 자극은 무엇인가?
• RQ3 장기간에 걸쳐 흑점 최대기에서의 진폭 상관관계는 최소기에서의 위상 일치와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ4 위상 일치 패턴을 이용해 향후 흑점 주기 시작 시기를 고정밀도로 예측할 수 있는가?
• RQ5 태양질량중심 토크 주기는 흑점 주기 시기와 진폭을 조절하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 1699–1798.3 및 1878.8–1976.1 간격 동안 흑점 주기 최소기에서 높은 위상 일치가 관찰되며, 일관된 시기 일치가 이루어짐.
• SC12–SC20과 SC[-5]–SC4 사이에서 최대기에서의 진폭 상관관계가 뚜렷하게 관찰되어 장기적 일치를 뒷받침함.
• 각 179년 주기당 나머지 일곱 개의 쇼와베 주기에서는 위상 일치가 없음을 확인하여 주기적인 교란을 나타냄.
• SC28부터 SC35(2057–2143) 주기의 흑점 주기는 최소기에서 위상 일치하고, 최대기에서 SC12–SC19(1878.8–1964.8)와 진폭 상관관계를 보일 것으로 예측됨.
• SC28에서 SC36까지의 예측 시작 시기는 위상 일치와 토크 자극을 기반으로 ±0.9년의 1 표준편차 불확실성으로 제시됨.
• 표 1과 7의 날짜 오류 수정으로 결과의 불확실성이 감소하여 최종 버전(v3)에서 예측 신뢰도가 향상됨.