[논문 리뷰] Large-scale horizontal flows in the solar photosphere II: Long-term behaviour and magnetic activity response

Michal Švanda, M. Klvaña외 2명|ArXiv.org|2007. 10. 14.

Solar and Space Plasma Dynamics참고 문헌 43인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 거의 한 태양기의 SOHO/MDI 도플러그램을 사용하여 태양 대기권의 장기적 수평 기류를 분석하기 위해 검증된 방법을 적용한다. 이는 비틀림 진동과 적도 순환을 확인하며, 적도 지역의 활성 지역이 카링턴 속도보다 60±9 m s⁻¹ 빠르게 회전함을 발견한다—이는 0.95 R⊙에서 반경 방향 속도 기울기층의 기저에서 부상해 올라온다는 것을 시사하며, 진화하는 활성 지역이 자기 뿌리와의 연결을 잃으면서 감속됨을 보여준다.

ABSTRACT

Recently, we have developed a method useful for mapping large-scale horizontal velocity fields in the solar photosphere. The method was developed, tuned and calibrated using the synthetic data. Now, we applied the method to the series of Michelson Doppler Imager (MDI) dopplergrams covering almost one solar cycle in order to get the information about the long-term behaviour of surface flows. We have found that our method clearly reproduces the widely accepted properties of mean flow field components, such as torsional oscillations and a pattern of meridional circulation. We also performed a periodic analysis, however due to the data series length and large gaps we did not detect any significant periods. The relation between the magnetic activity influencing the mean zonal motion is studied. We found an evidence that the emergence of compact magnetic regions locally accelerates the rotation of supergranular pattern in their vicinity and that the presence of magnetic fields generally decelerates the rotation in the equatorial region. Our results show that active regions in the equatorial region emerge exhibiting a constant velocity (faster by 60 +/- 9 m/s than Carrington rate) suggesting that they emerge from the base of the surface radial shear at 0.95 R_sun, disconnect from their magnetic roots, and slow down during their evolution.

연구 동기 및 목표

• 실제 관측 데이터를 사용하여 태양 대기권의 대규모 수평 기류의 장기적 행동을 조사하기 위해.
• 특히 활성 지역의 회전 역학을 포함한 대기권 기류가 자기 활동에 어떻게 반응하는지 조사하기 위해.
• 합성 데이터를 사용하여 수평 속도장 맵핑을 위한 신규 개발된 방법을 검증하고, 이를 실제 MDI 도플러그램에 적용하기 위해.
• 기류 변화의 주기성을 탐색하고, 자기 활동 주기와의 연결 고리를 평가하기 위해.
• 활성 지역의 회전 속도가 진화 과정에서 변화하는지, 그리고 이는 그들의 자기 기원에 대해 어떤 함의를 지니는지 결정하기 위해.

제안 방법

• 대규모 수평 속도장 맵핑 방법은 이전에 합성 데이터를 사용하여 校정되었으며, 거의 한 태양기 동안의 MDI 도플러그램 시간 시리즈에 적용되었다.
• 이 기법은 도플러 이동 측정치에서 수평 기류장을 동서 방향(지름 방향)과 남북 방향(적도 방향) 성분으로 분리한다.
• 등각 기류 데이터에 대해 주기적 분석을 수행하였으며, 태양 기울기 효과로 인한 위조 신호를 식별하기 위해 제어 데이터 세트를 사용하였다.
• 이 방법은 도플러 속도의 디스크 중심에서 가장까지의 변화를 고려하여, 기류 측정치에서의 체계적 편향을 최소화한다.
• 시간에 따라 기류 패턴을 분석하여, 비등질적 회전, 비틀림 진동, 적도 순환 등의 추세를 탐지하였다.
• 새로운, 성장 중인, 쇠퇴하는, 재발하는 다양한 진화 단계의 활성 지역의 회전 속도를 비교하여, 회전 속도 변화를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양기 동안 태양 대기권의 대규모 수평 기류는 어떻게 진화하는가?
• RQ2 적도 지역의 활성 지역은 반경 방향 속도 기울기층의 기저에서 부상하는 데 일정한 속도를 유지하는가?
• RQ3 활성 지역의 회전 속도는 진화 과정에서 어떻게 변화하며, 이는 그들의 자기 뿌리와 깊은 층과의 연결 상실에 대해 어떤 함의를 지니는가?
• RQ4 자기 활동 주기와 연결된 기류 변화의 감지 가능한 주기성이 있는가?
• RQ5 자기장 존재가 국소적으로 주변 대기권 기류를 가속하거나 감속시키는 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• 이 방법은 검증된 특징인 비틀림 진동과 적도 순환을 성공적으로 재현하여 실제 데이터에 대한 신뢰성을 확인한다.
• 적도 지역의 활성 지역은 카링턴 속도보다 60±9 m s⁻¹ 더 빠르게 회전하며, 이는 반경 방향 속도 기울기층의 기저인 0.95 R⊙에서 부상해 올라온다는 것을 시사한다.
• 쇠퇴기 및 재발하는 활성 지역은 더 느리게 회전하며 속도 산란이 더 크며, 진화 과정에서 자기 뿌리와의 연결을 상실함을 시사한다.
• 활성 지역의 회전 행동은 이중분포를 보이며, 새로운 및 성장 중인 지역은 더 빠르고 균일하게 회전하는 반면, 오래된 지역은 그렇지 않다.
• 등각 기류 데이터에서 1.8년 및 4.7년의 의심스러운 주기성이 검출되었지만, 제어 데이터에서는 이를 발견하지 못하여 실제 신호일 가능성이 있으며, 향후 확인이 필요하다.
• 일반적으로 자기장은 적도 지역의 회전을 감속시키지만, 국소적으로 밀집한 자기 영역의 부상은 그 주변의 초과그레인 패tern을 가속화한다.