[논문 리뷰] Long-term trends of magnetic bright points: I. Number of MBPs at disc centre

D. Utz, R. Müller외 6명|arXiv (Cornell University)|2015. 11. 24.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 56인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 2006–2014년 동안의 히노데/SOT G-band 데이터를 활용해 자기 밝은 점(MBPs)의 장기적 추세를 분석하며, 태양 고도에서 MBP의 수는 태양활동주기에 따라 2.5년의 지연를 보이며, 각 반구별 활동에 의해 강하게 조절된다는 것을 밝혀냈다. 결과적으로, 적도 근처의 MBP들은 sunspot 활동대와 연관되어 있으며, 최대 MBP 수의 약 60%가 최소기 동안에도 지속되므로, 전역 및 국소 다이내모 과정과의 연결 고리가 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Context. The Sun shows an activity cycle that is caused by its varying global magnetic field. During a solar cycle, sunspots, i.e. extended regions of strong magnetic fields, occur in activity belts that are slowly migrating from middle to lower latitudes, finally arriving close to the equator during the cycle maximum phase. While this have been well known for centuries, much less is known about the solar cycle evolution of small-scale magnetic fields. Aims. To address this question, we study magnetic bright points (MBPs) as proxies for such small-scale, kG solar magnetic fields. This study is based on a homogeneous data set that covers a period of eight years. Methods. An automated MBP identification algorithm was applied to the synoptic Hinode/SOT G-band data over the period November 2006 to August 2014, i.e. covering the decreasing phase of Cycle 23 and the rise, maximum, and early decrease of Cycle 24. This data set includes, at the moment of investigation, a total of 4 162 images, with about 2.9 million single MBP detections. Results. After a careful preselection and monthly median filtering of the data, the investigation revealed that the number of MBPs close to the equator is coupled to the global solar cycle but shifted in time by about 2.5 years. Furthermore, the instantaneous number of detected MBPs depends on the hemisphere, with one hemisphere being more prominent, i.e. showing a higher number of MBPs. After the end of Cycle 23 and at the starting point of Cycle 24, the more active hemisphere changed from south to north. Conclusions. These findings suggest that there is indeed a coupling between the activity of MBPs close to the equator with the global magnetic field. The results also indicate that a significant fraction of the magnetic flux that is visible as MBPs close to the equator originates from the sunspot activity belts.

연구 동기 및 목표

• 자기 밝은 점(MBPs)으로 추적되는 소규모 자기장이, sunspot과 유사한 장기적 활동주기적 행동을 보이는가를 조사하기 위해.
• MBP 수와 전역 태양 자기활동주기 사이의 시간적 관계, 특히 태양활동주기 23에서 24로의 전환기에 대해 규명하기 위해.
• 반구 비대칭성이 MBP 분포 및 활동에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 태양 최소기 동안 지속되는 MBP 활동이 전역 주기 외에 국소 다이내모 기여를 시사하는가를 평가하기 위해.

제안 방법

• 2006년 11월부터 2014년 8월까지 수집된 4,162장의 시노프틱 히노데/SOT G-band 이미지에 자동 MBP 탐지 알고리즘을 적용하였다.
• 월간 중앙값 필터링 및 데이터 사전 선택을 통해 잡음 감소 및 단기 변동성에서 장기적 추세를 분리하였다.
• 시간과 위도에 따른 MBP 수를 분석하여, 적도 지역과 반구 간의 차이에 집중하였다.
• MBP 수의 시간적 변화를 sunspot 수와 태양활동주기 단계와 비교하여 위상 지연 및 상관관계를 평가하였다.
• 관측된 추세가 데이터 열화로 인한 잡음이 아닌 물리적 현상임을 확인하기 위해 기기 노후화 영향을 평가하였다.
• 시간에 따른 북반구와 남반구의 MBP 수를 비교하여 반구 비대칭성을 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양 디스크 중심에서 자기 밝은 점(MBPs)의 수에 장기적 주기가 존재하는가? 만약 존재한다면, sunspot 주기와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ2 MBP 활동 주기는 sunspot 주기와 비교해 시간 지연를 보이며, 이러한 지연의 원인은 무엇인가?
• RQ3 태양활동주기 내내 북반구와 남반구 간의 MBP 분포 및 수는 어떻게 변화하는가?
• RQ4 태양 최소기 동안 최대 MBP 활동의 몇 퍼센트가 지속되는가? 이는 소규모 자기 플럭스 기원에 대해 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• 적도 근처의 MBP 수는 전역 태양활동주기와 강한 상관관계를 보이지만, 약 2.5년의 시간 지연를 보인다.
• 태양활동주기 23에서 24로의 최소기 근처에서 더 활동적인 반구가 남반구에서 북반구로 이동함으로써 반구 지배의 역전이 나타났다.
• 위도 ±7°에서 MBP 수의 명확한 피크가 관측되었으며, 이는 태양활동주기 말에 sunspot 활동대의 위치와 일치하였다.
• 태양 최소기 동안에도 최대 MBP 탐지율의 약 60%가 관측되어 소규모 자기 플럭스의 지속적인 공급원이 있음을 시사한다.
• 관측된 추세와 반구 비대칭성은 기기 노후화 영향에 대해 강인하여 물리적으로 실제 존재하는 것으로 나타났다.
• 결과적으로, 적도 근처의 다수의 MBP는 쇠말린 sunspot 활동대에서 기인하는 것으로 보이며, 잔류 활동은 국소 표면 다이내모에서 기인할 수 있다.