[论文解读] Cycles of the magnetic activity of the Sun and solar-type stars and simulation of their fluxes

Е. А. Бруевич, И. К. Розгачева|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2012

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 2被引用 3

一句话总结

本研究应用小波分析与傅里叶分析处理太阳及恒星色球层通量数据，揭示了太阳磁活动中的多重周期性，包括11年、22年、40–50年及100–120年周期，以及准两年和1.3年周期。研究基于13颗类太阳恒星构建了三组分模型，以模拟色球层Ca II通量变化，根据基线通量与活动区贡献，准确预测了活动周期；关键发现显示，在K型恒星中，活动区可贡献高达20%的总通量，而在太阳中仅占0.1%。

ABSTRACT

The application of the Wavelet analysis and Fourier analysis to the dataset of variations of radiation fluxes of solar-like stars and the Sun is examined. In case of the Sun the wavelet-analysis helped us to see a set of values of periods of cycles besides "11-year" cycle: the long-duration cycles of 22-year, 40-50 year and 100-120 year and short-duration cycles of 2-3,5 years and 1,3-year. We present a method of the chromospheric flux simulation using the 13 late-type stars, which have well-determined cyclic flux variations similar to the 11-year solar activity cycle. Our flux prediction is based on the chromospheric calcium emission time series measurements from the Mount Wilson Observatory and comparable solar dataset. We show that solar three - component modeling well explains the stellar chromospheric observations.

研究动机与目标

• 利用先进时间序列分析方法，识别并表征太阳与恒星磁活动中的多尺度周期性。
• 基于观测到的活动周期，为类太阳恒星的色球层通量变化建立预测模型。
• 量化不同恒星类型中活动区对总色球层通量的贡献。
• 利用来自威尔逊山HK项目标准化的S指数测量值，比较太阳与类太阳恒星的色球层活动。

提出的方法

• 对1700–2005年间的306年沃尔夫数数据应用小波与傅里叶分析，以检测太阳磁活动中的周期性。
• 利用威尔逊山HK项目中13颗具有明确11年周期的类太阳恒星的长期S指数时间序列，校准模型。
• 开发了三组分通量模型：基线（BASAL）、周期性色球层网络（P_CaII）和活动区（AR）贡献。
• 制定回归方程（5）与（6），以在周期任意相位t/T处计算总通量S_CaII(t)与周期分量P_CaII(t)。
• 利用观测到的通量振幅与相对变化校准模型参数（a, b），其中P_min基于Baliunas等人（1995）的数据得出。
• 通过相位归一化时间步长（t/T = 0.1 至 1.0）将模型预测与太阳及HD 81809的观测通量曲线进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 在已知的11年周期之外，太阳磁活动中还存在哪些多尺度周期性？
• RQ2 活动区对色球层通量的贡献在不同恒星类型（G型、K型、M型）及年龄上如何变化？
• RQ3 基于类太阳恒星的三组分模型，在具有11年周期的恒星中，能否准确模拟色球层通量变化？
• RQ4 在具有相似活动周期的情况下，太阳的活动区覆盖范围与其它类太阳恒星相比如何？

主要发现

• 小波分析揭示太阳表现出多重周期性：11年、22年、40–50年、100–120年、准两年（2–3.5年）及1.3年周期。
• 根据模型预测，在K型恒星的活动极大期，活动区对总色球层通量的贡献可达10–20%。
• 对于无明显周期的年轻K型与M型恒星，若要解释观测到的通量变化，活动区需覆盖高达50%的恒星表面。
• 相比之下，对于具有明确周期的G型恒星，活动区仅覆盖1–3%的表面，而太阳仅为0.1%。
• 该模型准确再现了太阳与HD 81809的观测通量曲线，验证了其在相位归一化时间步长下的预测能力。
• 本研究证实，太阳在其活动水平下处于活动区覆盖范围的较低端，表明其在表面磁特征方面相对平静。