[논문 리뷰] Relation of Microstreams in the Polar Solar Wind to Switchbacks and Coronal X-ray Jets

M. Neugebauer, Alphonse C. Sterling|arXiv (Cornell University)|2021. 09. 30.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 28인용 수 20

한 줄 요약

이 논문은 극지방 태양풍의 미세기류 속도 피크와 스위치백스—접힌 행성간 자기장과 관련된 자기장 반전 현상—사이에 강한 시간적 상관관계가 있음을 보여준다. 연구는 미세기류가 개별 코로나 X선 제트 때문이 아니라 반복적인 마이너필라멘트/플럭스 로프의 폭발에 의해 생성된 스위치백스 군집 때문이라고 제안한다. 수 시간에 걸쳐 지속되는 제트 활동이 미세기류의 장기 지속성을 설명한다.

ABSTRACT

Ulysses data obtained at high solar latitudes during periods of minimum solar activity in 1994 and 2007 are examined to determine the relation between velocity structures called microstreams and folds in the magnetic field called switchbacks. A high correlation is found. The possibility of velocity peaks in microstreams originating from coronal X-ray jets is re-examined; we now suggest that microstreams are the consequence of the alternation of patches of switchbacks and quiet periods, where the switchbacks could be generated by minifilament/flux rope eruptions that cause coronal jets.

연구 동기 및 목표

• 고위도 태양풍 내에서 미세기류와 스위치백스 간의 관계를 조사하기 위해.
• 코로나 X선 제트가 미세기류 속도 피크의 원천이라는 가설을 재평가하기 위해.
• 단일 사건이 아닌 스위치백스 패치가 미세기류의 지속 시간과 구조를 설명하는지 확인하기 위해.
• 반복적인 마이너필라멘트/플럭스 로프 폭발이 스위치백스를 생성하고 태양풍 유동에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 태양 활동 최소기 동안 1994년과 2007년에 고위도에서 수행된 유라이소스스의 현장 측정 자료를 분석하였다.
• 약 0.4일 동안의 이동 평균에서의 수소 이온 속도 이격량(20 km s⁻¹ 이상)을 통해 미세기류 피크를 식별하였다.
• 반경성 자기장 성분(BR/B)의 반전과 알파-프로톤 속도 차이(Vap)를 사용하여 스위치백스 서명을 추적하였다.
• 특히 다중 자기장 반전이 발생한 간격에서, 미세기류 피크와 스위치백스의 시간적 순서를 상관 분석하였다.
• 장기적인 태양풍 프로파일을 활용하여 스위치백스 패치의 공간적·시간적 일관성이 미세기류 지속 시간과 어떻게 일치하는지 평가하였다.
• 최근 펄스 프로브 스페이스미션(PSP) 관측에서 스위치백스가 간헐적인 패치 형태로 관측됨을 감안하여, X선 제트 기원 가설을 재고하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 극지방 태양풍에서 미세기류 속도 피크는 스위치백스 구조와 동시에 발생하는가?
• RQ2 미세기류의 지속 시간과 진폭은 단일 사건이 아닌 스위치백스 군집에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ3 코로나 X선 제트와 스위치백스 사이에 인과관계가 존재하는가? 만약 그렇다면, 어떻게 그들이 미세기류를 생성하는가?
• RQ4 수 시간에 걸쳐 반복적인 마이너필라멘트/플럭스 로프 폭발이 미세기류 피크 형성에 기여하는가?
• RQ5 스위치백스의 공간 척도는 슈퍼그란룰라 및 크로모스피어릭 스피큘러와 비교해 볼 때 어느 정도인가?

주요 결과

• 극지방 태양풍에서의 미세기류 피크는 BR/B와 Vap의 동시 반전을 통해 나타나는 스위치백스 시퀀스와 강하게 상관되어 있다.
• 대부분의 미세기류 피크(1994년 남극 통과 시 100%)는 스위치백스 사건과 관련되어 있었으며, 속도 프로파일에서 빨간 점(BR > 0)으로 표시되었다.
• 단일 사건이 아닌 수 시간 지속되는 스위치백스 패치가 미세기류 형성의 원인이며, 일반적인 미세기류 피크(약 3–10시간)와 지속 시간이 일치한다.
• 유라이소스스가 태양에 가까워질수록 알프레드 속도가 약 35 km s⁻¹에서 약 42 km s⁻¹로 증가하였고, 이에 따라 스위치백스 기간과 조용한 기간 간의 속도 분산도 증가하였다. 이는 알프레드 진동에 일치한다.
• 관측된 스위치백스는 약 80° 이상의 회전 각도를 보였으며, 35–50 Rs에서 PSP가 관측한 반경 방향 진화 경향과 일치한다.
• 스위치백스의 공간 척도(약 30,000 km)는 슈퍼그란룰라 크기와 일치하며, 더 작은 척도의 스위치백스(약 1,000 km)는 크로모스피어릭 스피큘러 또는 마이너필라멘트 폭발과 관련이 있을 수 있다.