[論文レビュー] What's So Peculiar About the Cycle 23/24 Solar Minimum?

N. R. Sheeley|arXiv (Cornell University)|May 20, 2010

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、23番目と24番目の太陽活動極小期の間の異常に深いおよび長期間にわたる極小期を調査し、その特徴（低Sunspot数、弱い極磁場、長期化）を太陽の大規模な緯度方向循環の時間的変動に起因するとする。フラックス輸送シミュレーションにより、流れの速度が15%低下すれば、極磁場および惑星間磁場が弱まったことを説明できることが示され、地下のダイナミクスと周期の特異的挙動の間に相関が示された。

ABSTRACT

Traditionally, solar physicists become anxious around solar minimum, as they await the high-latitude sunspot groups of the new cycle. Now, we are in an extended sunspot minimum with conditions not seen in recent memory, and interest in the sunspot cycle has increased again. In this paper, I will describe some of the characteristics of the current solar minimum, including its great depth, its extended duration, its weak polar magnetic fields, and its small amount of open flux. Flux-transport simulations suggest that these characteristics are a consequence of temporal variations of the Sun's large-scale meridional circulation.

研究の動機と目的

• 23番目と24番目の太陽活動周期の間の異常に深いおよび長期間にわたる太陽極小期の原因を理解すること。
• この極小期に観測された弱い極磁場および低開放磁場が、地下のダイナミクスの変化に起因するかどうかを調査すること。
• 緯度方向循環が太陽周期の振幅および極磁場の反転をどのように制御するかを検討すること。
• 過去250年間の太陽活動の文脈において、現在の極小期が歴史的極小期と比べてどれほど特異であるかを評価すること。
• 観測データおよびシミュレーションデータを用いて、緯度方向流れの速度変動が極磁場強度を制御する仮説を検証すること。

提案手法

• 1895年から2009年までの月次Sunspot数を対数スケールおよび線形スケールで分析し、極小期の深さと期間を可視化する。
• マウント・ウィルソン天文台およびGONG/MDIデータの緯度-時間バタフライダイアグラムを用いて、 sunspot群の出現と周期の重複を追跡する。
• ヘリオセイスミロジー（GONG/MDIおよびマウント・ウィルソン）からのゾーナル流れパターンを分析し、ねじれ振動の異常を特定する。
• 1967年以降の光球磁場の経度平均を解釈し、緯度方向流れに関連する極方向への磁場フラックスの断続的な上昇を特定する。
• 拡散および緯度方向流れを組み込んだフラックス輸送シミュレーションを適用し、流れ速度の変動が極磁場の反転および強度に与える影響をモデル化する。
• ねじれ振動の移動速度の観測的変化と地下の流れの変動を相関させ、緯度方向循環の変化を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ23番目と24番目の太陽活動周期の間の太陽極小期は、過去の極小期よりも深く長期間にわたるのか？
• RQ2 太陽の大規模な緯度方向循環の変動が、この極小期における弱った極磁場をどの程度説明できるのか？
• RQ3 地下の流れ速度の変化が、磁場フラックスの輸送および極磁場の反転にどのように影響するのか？
• RQ4 スーパーグラニュール拡散が、観測されたフラックスの上昇およびその極への移動に果たす役割は何か？
• RQ5 フラックス輸送シミュレーションは、緯度方向流れ速度のわずかな変化のみを用いて、現在の極小期の観測された特徴を再現できるか？

主な発見

• 2008年から2009年の現在の太陽極小期は、1967年以降の観測開始以来で最も深い極小期であり、2009年8月にSunspot数が2.0にまで低下した。
• この極小期は、23番目と24番目の周期の間で1年間の噴出なしの期間を示しており、1902年および1913年の極小期と類似しており、活動の長期的低下を示している。
• 前方および後退方向回転の交互に現れるねじれ振動（torsional oscillations）は、24番目の周期の前には移動速度が低下しており、地下の流れの遅れを示唆している。
• マウント・ウィルソン天文台の極方向フラックス上昇の観測では、極方向移動中の流れ速度が12 m s⁻¹から8 m s⁻¹に低下しており、弱い緯度方向循環と整合的である。
• フラックス輸送シミュレーションにより、緯度方向流れ速度が15%低下すれば、現在の極小期に観測された弱った極磁場および惑星間磁場を説明できることが示された。
• 高緯度における磁場フラックスのトップノット（topknots）は、極に向かって減少する緯度方向流れのプロファイルと整合的であり、流れが極磁場の形状を形成する役割を果たしていることを支持する。