[논문 리뷰] CMEs during the Two Activity Peaks in Cycle 24 and their Space Weather Consequences

N. Gopalswamy, P. Mäkelä외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 09. 14.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 태양활동 24번 사이클의 두 태양spots 수 피크(2012년과 2014년) 동안 코로날 질량 분출(CMEs)과 항성우리 사건을 비교한다. 2014년에는 더 높은 태양spots 수가 있었음에도 불구하고, 2012년 피크가 더 높은 에너지를 지닌 CMEs, 더 큰 태양에너지입자 사건, 더 강한 지구 자기폭풍을 유발했으며, 간섭파형 II 라디오 방출과 연관된 CMEs는 2012년에 더 빠르게(1543 km/s) 움직였고, 2014년에는 더 느리게(1201 km/s) 움직였다. 이는 첫 번째 피크 기간 동안 더 강한 항성우리 영향이 있었음을 시사한다.

ABSTRACT

We report on a comparison between space weather events that occurred around the two peaks in the sunspot number (SSN) during solar cycle 24. The two SSN peaks occurred in the years 2012 and 2014. Even though SSN was larger during the second peak, we find that there were more space weather events during the first peak. The space weather events we considered are large solar energetic particle (SEP) events and major geomagnetic storms associated with coronal mass ejections (CMEs). We also considered interplanetary type II radio bursts, which are indicative of energetic CMEs driving shocks. When we compared the CME properties between the two SSN peaks, we find that more energetic CMEs occurred during the 2012 peak. In particular, we find that CMEs accompanying IP type II bursts had an average speed of 1543 km/s during the 2012 peak compared to 1201 km/s during the 2014 peak. This result is consistent with the reduction in the average speed of the general population of CMEs during the second peak. All SEP events were associated with the interplanetary type II bursts, which are better than halo CMEs as indicators of space weather. The comparison between the two peaks also revealed that the discordant behavior between the CME rate and SSN was more pronounced during the second peak. None of the 14 disk-center halo CMEs was associated with a major storm in 2014. The lone major storm in 2014 was due to the intensification of the (southward) magnetic field in the associated magnetic cloud by a shock that caught up and propagated into the magnetic cloud.

연구 동기 및 목표

• 태양활동 24번 사이클의 두 피크 기간 동안, 특히 큰 태양에너지입자(SEP) 사건과 주요 지구 자기폭풍을 비교하기 위해 목적을 두었다.
• 고활동 기간 동안 코로날 질량 분출(CME) 특성과 항성우리 강도 간의 관계를 조사하기 위해 목적을 두었다.
• 간섭파형 II 라디오 방출과 홀로 CMEs가 주요 항성우리 사건을 예측하는 데 얼마나 효과적인지 평가하기 위해 목적을 두었다.
• 태양활동 24번 사이클의 두 번째 피크에서 태양spots 수 증가와 CME 에너지 감소 사이의 모순을 이해하기 위해 목적을 두었다.

제안 방법

• 2012년과 2014년의 두 태양spots 수 피크 기간 동안 탐지된 CMEs를 태양 및 간섭행성 관측 자료를 바탕으로 분석하였다.
• 특히 간섭파형 II 라디오 방출과 연관된 CME의 속도를 비교하였으며, 이는 충격을 일으키는 CME를 나타낸다.
• CME 특성과 항성우리 사건(주요 지구 자기폭풍 및 SEP 사건 포함) 간의 상관관계를 분석하였다.
• 현장 자기장 데이터를 사용하여 자기구름 내에서 남방 성분 Bz가 폭풍을 유도하는 데 미친 영향을 평가하였다.
• 두 피크 기간 동안 CME 발생 빈도, CME 속도, 항성우리 사건 빈도를 통계적으로 비교하였다.
• 디스크 중심 홀로 CMEs가 주요 항성우리 사건을 예측하는 데 얼마나 효과적인지 평가하였으며, 간섭파형 II 방출과 대비하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 2014년 피크보다 낮은 태양spots 수를 가졌음에도 불구하고 2012년 피크가 더 심각한 항성우리 사건을 유발했는가?
• RQ2 특히 간섭파형 II 라디오 방출과 연관된 CME의 속도와 항성우리 강도 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ3 왜 2014년에는 높은 태양활동에도 불구하고 디스크 중심 홀로 CMEs와 관련된 주요 지구 자기폭풍이 없었는가?
• RQ4 홀로 CMEs에 비해 간섭파형 II 라디오 방출이 주요 항성우리 사건을 예측하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ5 왜 태양활동 24번 사이클의 두 번째 피크 기간 동안 평균 CME 속도와 에너지가 감소했는가?

주요 결과

• 간섭파형 II 라디오 방출과 연관된 CME는 2012년 피크 기간 동안 평균 속도가 1543 km/s였고, 2014년 피크 기간 동안는 1201 km/s로 유의미하게 낮았다.
• 2014년에는 더 높은 태양spots 수가 있었음에도 불구하고, 주요 지구 자기폭풍과 큰 태양에너지입자(SEP) 사건의 수는 2012년 피크 기간에 더 많았다.
• 모든 SEP 사건은 간섭파형 II 라디오 방출과 연관되어 있었으며, 이는 이러한 방출이 홀로 CMEs보다 항성우리 예측에 더 효과적임을 시사한다.
• 2014년의 유일한 주요 폭풍은 홀로 CME가 아니라 충격 압축에 의해 자기구름 내에서 남방 자기장 성분이 강화되어 발생했다.
• 두 번째 피크 기간 동안 태양spots 수 증가와 CME 에너지 감소 사이의 모순은 더욱 두드러졌으며, 2014년에는 디스크 중심 홀로 CMEs와 관련된 주요 폭풍이 없었다.
• 일반적인 CME 집단은 2014년 피크 기간 동안 평균 속도가 감소했으며, 이는 높은 활동 수준에도 불구하고 CME 에너지 감소와 일관된 결과였다.