[논문 리뷰] Oscillation Power in Sunspots and Quiet Sun from Hankel Analysis Performed on SDO/HMI and SDO/AIA Data

Sébastien Couvidat|arXiv (Cornell University)|2012. 09. 07.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 SDO/HMI 및 AIA 데이터에 대한 하 Hankel-Fourier 분석을 통해 태양 spots 및 조용한 태양 영역에서 고도에 따라 변화하는 파워 변화를 조사한다. 연구 결과, 태양 spots는 모든 고도에서 약 ~4.5 mHz 이하의 f- 및 p-모드에 대해 파워를 감소시키는 반면, 크로모스피어 수준(1600 Å, 1700 Å)에서 4.5–5.5 mHz 범위에서는 파워를 증가시키며, 이는 음향의 빛나는 현상(acoustic glories) 때문일 가능성이 있다. 반면 조용한 태양 영역에서는 그레뉴레이션 효과로 인해 연속 스펙트럼 수준에서 강한 파워 감소가 관찰된다.

ABSTRACT

The Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) and the Atmospheric Imaging Assembly (AIA) instruments onboard the Solar Dynamics Observatory satellite produce Doppler velocity and continuum intensity at 6173 A as well as intensity maps at 1600 A and 1700 A, which can be used for helioseismic studies at different heights in the solar photosphere. We perform a Hankel-Fourier analysis in an annulus centered around sunspots or quiet-Sun regions, to estimate the change in power of waves crossing these regions of interest. We find that there is a dependence of power-reduction coefficients on measurement height in the photosphere: Sunspots reduce the power of outgoing waves with frequencies lower than 4.5 mHz at all heights, but enhance the power of acoustic waves in the range 4.5-5.5 mHz toward chromospheric heights, which is likely the signature of acoustic glories (halos). Maximum power reduction seems to occur near the continuum level and to decrease with altitude. Sunspots also impact the frequencies of outgoing waves in an altitude-dependent fashion. The quiet Sun is shown to behave like a strong power reducer for outgoing f and p-modes at the continuum level, with a power reduction 15-20%, and like a weak power enhancer for p-modes higher in the atmosphere. It is speculated that the surprising power reduction at the continuum level is related to granulation. In Doppler-velocity data, and unlike in intensity data, the quiet Sun behaves like a strong power reducer for granular flows.

연구 동기 및 목표

• 동시 HMI 및 AIA 관측을 이용하여 태양의 대기 고도에 따라 파워가 어떻게 수정되는지 조사하기 위해.
• 태양 대기 중에서 형성 고도에 따라 진동 모드의 파워 감소 또는 증가가 발생하는지 여부를 규명하기 위해.
• 그레뉴레이션의 역할이 HMI 연속 스펙트럼 및 도플러 속도 데이터에서 관측된 파워 감소에 어떤 영향을 미치는지 탐구하기 위해.
• 태양 spots 및 조용한 태양 영역에서 파워 변화의 주파수 의존적 행동을 검토하기 위해.
• 자기장이 모드 변환 및 산산조각 내림 효과를 포함하여 파동 전파에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 태양 spots 및 조용한 태양 영역 중심의 원형 영역에 하 Hankel-Fourier 분석을 적용하여 들어오는 파동 대비 나가는 파워를 측정한다.
• HMI(도플러 속도, 6173 Å 연속 강도) 및 AIA(1600 Å, 1700 Å) 데이터를 사용하여 광학적 표면에서 하단 크로모스피어까지의 파동 행동을 탐색한다.
• 배경 노이즈 제거 후 나가는 파워 대비 들어오는 파워를 비교하여 파wer 감소/증가 계수 α를 계산한다.
• 통계적 탄탄함을 확보하기 위해 15개의 태양 spots 및 4개의 조용한 태양 영역에서 분석을 수행한다.
• 다양한 파장에서의 동시에 분석을 통해 서로 다른 형성 고도(6173 Å에서의 HMI 도플러 속도는 약 150 km, Fe I 선은 약 300 km, AIA 1600 Å는 약 430 km)에서의 파동 행동 비교가 가능하다.
• 관측된 파워 감소가 그레뉴레이션 및 자기장 효과만으로 재현 가능한지 여부를 확인하기 위해 MHD 시뮬레이션(R. Stein 등)과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양 spots에서 파워 감소 또는 증가가 대기 고도에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 왜 조용한 태양 영역은 자기장이 활성화되지 않았음에도 불구하고 연속 스펙트럼 수준에서 강한 파워 감소를 보이는가?
• RQ3 왜 태양 spots에서 크로모스피어 수준(AIA 1600 Å, 1700 Å)에서 4.5–5.5 mHz 범위에서 관측된 파워 증가가 발생하는가?
• RQ4 시뮬레이션에서 이 효과를 재현하지 못함에도 불구하고, HMI 도플러 속도 데이터에서의 파워 감소가 그레뉴레이션과 얼마나 관련이 있는가?
• RQ5 자기장이 다양한 대기 층에서 f- 및 p-모드의 주파수 및 전파 성질에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 태양 spots는 모든 대기 고도에서 약 ~4.5 mHz 이하의 파워를 감소시키며, 특히 연속 스펙트럼 수준(6173 Å)에서 가장 강한 감소가 관찰된다.
• AIA 1600 Å 및 1700 Å에서 약 4.5–5.5 mHz 파동에 대해 파워 증가가 관측되며, 이는 음향의 빛나는 현상(acoustic glories)을 시사하며, 도플러 속도 데이터에는 이러한 현상이 없음을 의미한다.
• 조용한 태양 영역은 HMI 연속 스펙트럼 수준에서 f- 및 p-모드의 파워를 약 15–20% 감소시키며, 이는 이전에 보고되지 않은 행동으로 그레뉴레이션과 관련된 것으로 보인다.
• 더 높은 고도(AIA 밴드)에서는 조용한 태양 영역이 p-모드에 대해 약간의 파워 증가 효과를 보이며, f-모드는 계속 흡수하는 경향을 보인다.
• HMI 도플러 속도 데이터에서 그레뉴레이션 유동에 의한 파워 감소는 강력하지만, 시뮬레이션에서는 이러한 감소 효과가 나타나지 않아, 그레뉴레이션과의 복잡하고 비직관적인 관계가 있음을 시사한다.
• AIA 데이터에서는 파동의 주파수 이동이 관측되며, 이는 태양 spots 내에서의 외향 유동과 일치하며, 모드 차수 및 주파수에 따라 변화한다.