[논문 리뷰] What causes geomagnetic activity during sunspot minimum

Boian Kirov, Simeon Asenovski외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 01.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 1

한 줄 요약

논문은 지난 4개의 태양활동주기 동안 관측된 태양흑점 최소기 동안의 지자기 활동이 코로나 질량 방출이나 고속 플레어와 같은 일시적 사건이 아니라 배경 태양풍에 의해 주로 결정된다는 것을 밝혀냈다. 특히, 느린 태양풍과 빠른 태양풍 성분의 상대적인 지속 시간과 파arameter들을 통해 결정되는 헬리오스피어 전류판 두께가 태양활동주기 전반에 걸쳐 지자기 활동 수준을 조절한다는 것을 보여주었다.

ABSTRACT

The average geomagnetic activity during sunspot minimum has been continuously decreasing in the last four cycles. The geomagnetic activity is caused by both interplanetary disturbances - coronal mass ejections and high speed solar wind streams, and the background solar wind over which these disturbances ride. We show that the geomagnetic activity in cycle minimum does not depend on the number and parameters of coronal mass ejections or high speed solar wind streams, but on the background solar wind. The background solar wind has two components: slower and faster. The source of the slower component is the heliospheric current sheet, and of the faster one the polar coronal holes. It is supposed that the geomagnetic activity in cycle minimum is determined by the thickness of the heliospheric current sheet which is related to the portions of time the Earth spends in slow and in fast solar wind. We demonstrate that it is also determined by the parameters of these two components of the background solar wind which vary from cycle to cycle.

연구 동기 및 목표

• 최근 4개의 태양활동주기 동안 관측된 태양흑점 최소기 동안의 지자기 활동 감소 원인을 이해하는 것.
• 태양활동 최소기 동안 지자기 활동을 주도하는 주요 요인이 코로나 질량 방출(CMEs) 및 고속 플레어와 같은 일시적 태양 간섭 현상인지, 아니면 배경 태양풍 조건인지 규명하는 것.
• 헬리오스피어 전류판의 역할과 그 두께가 태양활동 최소기 동안 지자기 활동을 어떻게 조절하는지 조사하는 것.
• 다양한 태양활동주기 동안 느린(전류판 관련) 및 빠른(극관류 코로나 홀드 관련) 태양풍 성분의 상대 기여도와 파arameter들이 어떻게 변화하며 지자기 조건에 영향을 미치는지 분석하는 것.

제안 방법

• 최근 4개의 태양활동주기 동안 태양활동 최소기 동안의 장기 지자기 활동 지수 분석을 통해 추세와 상관관계를 규명하는 것.
• 코로나 질량 방출과 고속 태양풍 플레어가 지자기 활동에 기여하는 정도를 별도로 정량화하는 것.
• 태양풍 관측 자료를 이용해 배경 태양풍을 느린(헬리오스피어 전류판) 및 빠른(극관류 코로나 홀드) 성분으로 분류하는 것.
• 지구가 느린 태양풍 영역과 빠른 태양풍 영역에 머무르는 시간에 따라 헬리오스피어 전류판 두께를 평가하는 것.
• 여러 태양활동주기 동안 느린 및 빠른 태양풍 성분의 파arameter(속도, 밀도)와 지자기 활동 수준 간의 상관관계를 분석하는 것.
• 통계적 모델링을 활용해 배경 태양풍이 일시적 간섭 현상과 비교하여 지자기 활동에 미치는 영향을 분리하여 분석하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최근 4개의 태양활동주기 동안 관측된 감소 추세를 감안할 때, 태양활동 최소기 동안 지자기 활동 수준은 무엇에 의해 결정되는가?
• RQ2 코로나 질량 방출과 고속 태양풍 플레어가 태양활동 최소기 동안 지자기 활동에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 헬리오스피어 전류판의 구조와 두께는 태양활동 최소기 동안 지자기 조건에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 느린(전류판 관련) 및 빠른(극관류 코로나 홀드 관련) 태양풍 성분의 상대적인 지속 시간과 파arameter가 태양활동주기 전반에 걸쳐 지자기 활동에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 배경 태양풍이 일시적 태양 간섭 현상보다도 태양활동 최소기 동안 지자기 활동에 더 중요한 영향을 미치는가?

주요 결과

• 태양흑점 최소기 동안의 지자기 활동은 코로나 질량 방출이나 고속 태양풍 플레어의 수나 파arameter들과 유의미한 상관관계를 보이지 않는다.
• 배경 태양풍, 특히 느린 태양풍과 빠른 태양풍 성분의 상대적인 지속 시간과 속도가 태양활동 최소기 동안 지자기 활동을 주도하는 주요 요인이다.
• 지구가 느린 태양풍과 빠른 태양풍 영역에 머무르는 시간에 의해 결정되는 헬리오스피어 전류판 두께가 지자기 활동 조절에 핵심적인 역할을 한다.
• 다양한 태양활동주기 동안 느린(전류판 관련) 및 빠른(극관류 코로나 홀드 관련) 태양풍 성분의 파arameter 변화가 직접적으로 최소기 동안 관측된 지자기 활동 수준에 영향을 미친다.
• 최근 4개의 태양활동주기 동안 관측된 지자기 활동 감소는 일시적 사건의 감소 때문이 아니라 배경 태양풍 구조의 변화 때문이라는 것이 밝혀졌다.
• 이 연구는 태양활동 최소기의 태양풍 환경가 단순한 배경이 아니라, 저활동 기간의 공간 날씨를 결정짓는 역동적이고 핵심적인 요소임을 확인했다.